WO1996023584A1 - Adsorptionsmaterial - Google Patents

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WO1996023584A1
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cellulose
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adsorption
mixed
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Inventor
Thomas Kühne
Kurt Böhler
Hans-Dieter Stürmer
Original Assignee
Kuehne Thomas
Boehler Kurt
Stuermer Hans Dieter
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives

Definitions

  • the invention relates to an adsorption material for binding liquids and a method for its production.
  • Such an adsorption material is regularly used when liquids have accidentally escaped from a container, for example as a result of an accident, and are to be collected again. This is regularly the case when, for example, tankers filled with oil or petrol are damaged and their contents pour into the environment. The leaked liquid can be bound very effectively with an adsorption material and then easily collected.
  • adsorption material for example, the solidification of sewage sludge, liquid manure, manure or compost.
  • chemically pure sewage sludge can be used as fertilizer in agriculture.
  • Due to their mechanical properties, their use is not easy and can only be a corresponding effort is possible.
  • Attempts to mix sewage sludge with paper sludge, for example, in order to be able to discharge it better, have not achieved the desired success.
  • the disadvantage of this method is that a sewage sludge mixed with paper sludge forms a viscous mass which, after application, forms a layer on the ground which seals off the ground from the oxygen in the air, so that soil life is destroyed.
  • the adsorbent material has cellulose-containing material in fibrillated form.
  • the cellulose-containing material can advantageously consist of cellulose waste from the paper industry.
  • the cellulose-containing material can have lignin-free and lign-containing material.
  • the cellulose old material is fibrillated by squeezing, pulling or cutting. Short, intense, pulsating beats are exerted on the cellulose-containing material.
  • Fibrillation can take place, for example, with a device which contains rotating knives, such as are used, for example, in machines for grinding coffee.
  • the cellulose-containing material is sheared or sheared, for example, by rotating knife-like flat bars by shearing.
  • the processing of the material in the moist to wet state in which it is swollen is particularly advantageous.
  • Such a treatment releases very fine fibers or fibrils of the material in a mechanical manner. In principle, the treatment makes cellulose fibers more diverse Length and strength classes split lengthways.
  • the adsorption material thus produced has very good suction properties.
  • Mineral substances can be added to the cellulose-containing material in a particularly advantageous manner. Lime has proven to be particularly suitable. The formation of granules is greatly improved by the addition of mineral substances. Such a material can be handled very well, which has a very advantageous effect on the transport and a possible application of the material.
  • the mineral substances can be admixed in such a way that the mixture is subjected to a pulsating press when the substance is added or subsequently.
  • the treatment of the mixture with an arrangement in which two interlocking, rotating square arrangements circulate the material has proven to be particularly advantageous.
  • the rotation of the arrangements briefly exerts a pressure on the mixture part located between the four edges, as occurs, for example, in the form of a pulse in the event of a blow. So that the pressure does not become too great, the distance between the surfaces of the intermeshing square that are at times opposed during the rotation should not be less than 1 cm.
  • a speed of the arrangements between 50 and 300 revolutions per minute has proven to be particularly advantageous.
  • Flat bars for example, can be used as the square.
  • the arrangements can be drum-shaped, the square edges interlocking in a tooth-like manner, or, similar to a dough kneading machine, can be intertwined and intermesh accordingly.
  • the material can also be mixed with a binder, such as glue, and the resulting mass can be mixed with burnt or slaked lime and hydroscopic fillers, for example by a treatment corresponding to paper production, and mixed intensively, so that granular, for example matted structures emerge. Very good granulate formation is achieved by adding glue, so that even difficult-to-granulate images -> lig raw material can be used as raw material. Furthermore, the risk of washing out is reduced by adding glue.
  • a binder such as glue
  • the adsorption material according to the invention is a granular and porous granulate. Fibers of various sizes sometimes protrude from the granules. The outstanding fibers cause entanglement and at the same time guarantee a distance between the compact centers of the grains. Such a connection ensures that the adsorption material does not combine to form a tough layer, so that oxygen can penetrate the material.
  • Auxiliary fibers such as polyester or polyurethane can also be added to the cellulose-containing material. This allows the size or the chemical property of the adsorption material to be adjusted.
  • the adsorption material according to the invention can be used in a variety of ways. For example, it can be used for fertilization and soil improvement if it is mixed with organic residues such as sewage sludge, cooking oil, manure, manure or bio-compost and is subjected to partial rotting or composting in a conventional manner, for example in rents or drums.
  • the transfer is advantageously carried out in such a way that the mixture is subjected to pulsating pressing, as occurs, for example, when striking the mixture.
  • Such a treatment is particularly favorable for the formation of granules.
  • the treatment of the mixture with an arrangement in which two rotating flat bar arrangements arranged in a drum-shaped manner mesh with one another has proven to be particularly advantageous.
  • a pressure is briefly exerted on the mixing part located between the flat bars by the rotation of the drums. So that the pressure does not become too great, the distance between the combing flat bars should not be less than 1 cm.
  • a speed of the drums between 50 and 300 revolutions per minute has proven to be particularly advantageous.
  • the arrangement can also be designed in exactly the same way as the arrangement for the admixture of mineral substances.
  • Such double-vortex mixer heads with tail cock geometry alternating with straight mixer spokes of a second double-vortex operator guarantee an intimate constriction of the cellulose-containing material with organic and inorganic materials to form a granulate that does not separate independently, such as depot fertilizer or lime.
  • the adsorption material according to the invention for promoting the germination of seeds, also as nuts or fungal spores, by mixing them with the abovementioned soil conditioner or placing them under a layer formed therefrom and the substrate formed in this way is applied in a suitable manner.
  • the adsorption material according to the invention can be used for acid-binding fertilization in agriculture and forestry by applying the soil improver mentioned or the material obtained on the basis of the soil improver to promote the germination of seeds in accordance with a depot fertilizer on acidified soils.
  • an adsorbent By combining suitably modified fibers of different sizes and adding binders and lime, an adsorbent can be produced, which also achieves a buffering effect with regard to the pH value. It is therefore also suitable for long-term use, so that when mixed with nutrients and lime there is an effect of the greatly delayed release of the nutrients which is otherwise only achieved by so-called depot fertilizers. In particular, this also avoids the known damage to uses by dusty lime, such as in ants in the forest.
  • the adsorption material according to the invention can also be used, for example, in hydrophobicized form.
  • This can be done, for example, by coating the granules very thinly with an oil, such as, for example, silicone oil, so that a so-called polymer-analogous reaction of the Hydroxyl groups of the cellulose are carried out by methylation or esterification or the like.
  • a corresponding effect can also be achieved by mixing in plastic asers, such as polyester.
  • a suction strengthening can be achieved by admixing particularly swellable polymers or mineral or inorganic additives, such as gypsum.
  • the adsorption material according to the invention contains an addition of phosphoric acid esters, such as borax, it can be used as a flame-retardant building material.
  • phosphoric acid esters such as borax
  • it can be used in different ways. So it can be used in particular as an odor, chemical binder or insulation.
  • a raw material containing cellulose such as paper sludge, is strongly fibrillated.
  • An adjuvant containing cellulose such as straw or wood, is weakly fibrillated.
  • the strongly fibrillated raw material is mixed with the weakly fibrillated auxiliary.
  • Lime or an equivalent mineral is added to the mixture.
  • auxiliary fibers such as polyester, can be added to the mixture to influence the size or the chemical property of the end product.
  • the adsorbent obtained in this way can be handled well and is therefore easy to transport to a place of use. At the place of use, the adsorbent is intimately mixed with the liquid or sludge to be bound.
  • Usage components to be incorporated, such as seeds, can also be added to the adsorbent mixed with the liquid or the sludge.
  • Granules are formed by absorbing the liquid or sludge.
  • the granules can optionally be stored in a pack.
  • An end product obtained in this way on the basis of an adsorption material according to the invention can be, for example, a fertilizer, depot limescale, erosion felt or seed carrier.

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Abstract

Ein Adsorptionsmaterial zum Binden von Flüssigkeiten weist ein zellulosehaltiges Material in fibrillierter Form auf. Ein Verfahren zur Herstellung des Adsorptionsmaterials ist dadurch gekennzeichnet, daß Zellulosefasern einem quetschfreien, ziehenden Schlagen oder Schneiden unterworfen werden.

Description

ADSORPΠONSMATERIA
Die Erfindung betrifft ein Adsorptionsmaterial zum Binden von Flüssigkeiten sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ein derartiges Adsorptionsmaterial wird regelmäßig dann verwendet, wenn Flüssig¬ keiten beispielsweise infolge eines Unfalls aus einem Behältnis unbeabsichtigt ausge¬ treten sind und wieder eingesammelt werden sollen. Dies ist regelmäßig dann der Fall, wenn beispielsweise mit Öl oder Benzin gefüllte Tankfahrzeuge beschädigt werden und sich deren Inhalt in die Umwelt ergießt. Die ausgetretene Flüssigkeit kann auf sehr wirksame Weise mit einem Adsorptionsmaterial gebunden und danach auf einfache Weise eingesa melt werden.
Ein weiteres Einsatzgebiet von Adsoφtionsmaterial ist beispielsweise die Verfestigung von Klärschlämmen, Gülle, Mist oder Kompost. Beispielsweise können chemisch reine Klärschlämme in der Landwirtschaft als Dünger Verwendung finden. Ihre Verwendung ist jedoch wegen ihrer mechanischen Eigenschaft nicht einfach und nur durch Betrei- bung eines entsprechenden Aufwands möglich. Versuche, Klärschlamm beispiels¬ weise mit Papierschlamm zu vermengen, um ihn besser ausbringen zu können, haben nicht den gewünschten Erfolg gebracht. Nachteil dieser Methode ist, daß ein mit Papierschlamm vermengter Klärschlamm eine zähe Masse bildet, welche nach Ausbringung auf dem Boden eine Schicht bildet, welche den Boden vom Sauerstoff der Luft abschottet, so daß das Bodenleben zerstört wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Adsorptionsmaterial sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, welches eine sehr gute Saugeigenschaft hat und sich nicht zu eng miteinander verbindet, sondern auch nach Aufnahme von Flüssigkeit eine luftdurchlässige Masse bildet.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 sowie 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung weist das Adsorptionsmaterial zellulosehaltiges Material in fibrillierter Form auf. In vorteilhafter Weise kann das zellulosehaltige Material aus Zelluloseabfällen der Papierindustrie bestehen. Des weiteren kann das zellulosehalti¬ ge Material ligninfreies und lign inhaltiges Material aufweisen. Die Fibrillierung des Zellulosen alt igen Materials erfolgt durch quetschfreies, ziehendes Schlagen oder Schneiden. Auf das zellulosehaltige Material werden kurzzeitige intensive pulsierende Schläge ausgeübt.
Die Fibrillierung kann beispielsweise mit einer Vorrichtung geschehen, welche rotie¬ rende Messer enthält, wie sie beispielsweise in Maschinen zum Zerkleinern von Kaffee Verwendung finden. Das zellulosehaltige Material wird beispielsweise durch rotierende messerartige Flachstäbe durch Abscherung zertrennt beziehungsweise zertrümmert. Besonders vorteilhaft ist die Verarbeitung des Materials in feuchtem bis nassem Zustand, in dem es gequollen ist. Durch eine derartige Behandlung werden sehr feine Fasern beziehungsweise Fibrillen des Materials auf mechanische Weise freigesetzt. Im Prinzip werden durch die Behandlung Zellulosefasem verschiedener Länge- und Stärkeklassen in Längsrichtung gespalten. Das so hergestellte Adsorp¬ tionsmaterial hat sehr gute Saugeigenschaften.
In besonders vorteilhafter Weise können dem zellulosehaltige n Material mineralische Stoffe beigemengt werden. Als besonders gut geeignet hat sich hierbei Kalk erwiesen. Durch die Zugabe von mineralischen Stoffen wird die Granulatbildung stark ver¬ bessert. Ein derartiges Material läßt sich sehr gut handhaben, was sich sehr vorteil¬ haft auf den Transport und eine gegebenenfalls vorgesehene Ausbringung des Materials auswirkt. Die Beimengung der mineralischen Stoffen kann in der Weise geschehen, daß die Mischung bei der Stoffzugabe oder anschließend einem pulsie¬ renden Pressen unterworfen wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Behandlung der Mischung mit einer Anordnung erwiesen, bei der zwei ineinandergreifende, sich drehende Vierkantanordnungen das Material umwälzen. Auf den sich jeweils zwischen den Vierkanten befindliche Mi¬ schungsteil wird durch die Drehung der Anordnungen kurzzeitig ein Druck, wie er beispielsweise bei einem Schlag impulsfόrmig auftritt, ausgeübt. Damit der Druck nicht zu groß wird, sollte der Abstand zwischen den sich bei der Drehung zeitweise gegenüberstehenden Oberflächen der kämmenden Vierkante 1 cm nicht unterschrei¬ ten. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Drehzahl der Anordnungen zwischen 50 und 300 Umdrehungen pro Minute herausgestellt. Als Vierkante können beispiels¬ weise Fiachstäbe verwendet werden. Die Anordnungen können trommeiförmig ausgebildet sein, wobei die Vierkante zahnförmig ineinandergreifen, oder ähnlich wie bei einer Teigknetmaschine verschlungen ausgebildet sein und entsprechend inein¬ andergreifen.
Das Material kann auch mit einem Bindemittel, wie beispielsweise Leim, vermischt werden, und die enstandene Masse beispielsweise durch eine der Papierherstellung entsprechende Behandlung mit gebranntem oder an gelöschtem Kalk sowie hydrosko- pischen Füllstoffen versetzt und intensiv vermengt werden, so daß körnige, beispiels¬ weise in sich verfilzte Strukturen entstehen. Durch den Zusatz von Leim wird eine sehr gute Granulatbildung erreicht, so daß auch schwierig zu granulierende Bil- -> ligrohware als Rohstoff verwendbar ist. Des weiteren wird durch den Zusatz von Leim die Auswaschgefahr verringert.
Das erfindungsgemäße Adsorptionsmaterial ist ein körniges und poröses Granulat. Aus den Körnchen ragen teilweise Fasern verschiedener Größen hervor. Die her¬ vorragenden Fasern bewirken eine Verhakung und garantieren zugleich einen Ab¬ stand zwischen den kompakten Zentren der Kömchen. Durch eine derartige Verbin¬ dung wird erreicht, daß sich das Adsorptionsmaterial nicht zu einer zähen Schicht verbindet, so daß Sauerstoff das Material durchdringen kann.
Dem zeiluloseh altigen Material können auch Hilfsfasem, wie beispielsweise Polyester oder Polyurethan zugesetzt werden. Hierdurch kann die Größe oder die chemische Eigenschaft des Adsorptionsmaterials eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Adsorptionsmaterial ist in vielfältiger Weise verwendbar. So kann es beispielsweise zur Düngung und Bodenverbesserung verwendet werden, wenn es mit organischen Reststoffen, wie beispielsweise Klärschlamm, Speiseöl, Gülle, Mist oder Biokompost versetzt ist und in herkömmlicher Weise einer teilweisen Rotte oder Kompostierung beispielsweise in Mieten oder Trommeln unterzogen wird. Die Versetzung geschieht in vorteilhafter Weise derart, daß die Mischung einem pulsierenden Pressen unterworfen wird, wie es beispielsweise bei der Ausübung von Schlägen auf die Mischung geschieht. Eine derartige Behandlung ist besonders günstig für eine Granulatbildung.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Behandlung der Mischung mit einer Anordnung erwiesen, bei der zwei trommeiförmig angeordnete sich drehende Flachstabanord¬ nungen zahnförmig ineinandergreifen. Auf den sich jeweils zwischen den Flachstäben befindliche Mischungsteil wird durch die Drehung der Trommeln kurzzeitig ein Druck ausgeübt. Damit der Druck nicht zu groß wird, sollte der Abstand zwischen den kämmenden Flachstäben 1 cm nicht unterschreiten. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Drehzahl der Trommeln zwischen 50 und 300 Umdrehungen pro Minute her¬ ausgestellt. Die Anordnung kann auch genau so ausgebildet sein, wie die Anordnung zur Beimengung der mineralischen Stoffe.
Derartige Doppelwirbler-Mischerköpfe mit Schwaibenschwanzgeometrie im Wechsel mit geraden Mischerspeichen eines zweiten Doppeiwirblers garantieren eine innigste Ve nengung des zellulosehaltigen Materials mit organischen und anorganischen Materialien zu einem sich nicht selbständig entmischenden Granulat wie beispiels¬ weise Depotdünger oder Kalkmittel.
Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Adsorptionsmaterial zur Förderung der Keimung von Samen, auch als Nüsse oder Pilzsporen, zu verwenden, indem diese mit dem vorgenannten Bodenverbesserer vermengt oder unter eine daraus gebildete Schicht gebracht werden und das so entstandene Substrat in geeigneter Weise ausgebracht wird. Desgleichen läßt sich das erfindungsgemäße Adsoφtionsmaterial zur säurebindenden Düngung in Land- und Forstwirtschaft verwenden, indem der genannte Bodenverbesserer oder das auf der Basis des Boden verbesserers erhaltene Material zur Förderung der Keimung von Samen entsprechend eines Depotdünge- mittels auf übersäuerte Böden ausgebracht wird.
Durch eine Kombination von geeignet vorbeh änderten Fasern verschiedener Größen und Zugabe von Bindemitteln und Kalk kann ein Adsorptionsmittel hergestellt werden, durch welches auch eine Pufferwirkung bezüglich des ph-Wertes erreicht wird. Es ist daher auch für einen Langzeiteinsatz geeignet, so daß bei Vermengen mit Nähr¬ stoffen und Kalk ein sonst nur von sogenannten Depotdüngern erreichter Effekt der stark verzögerten Abgabe der Nährstoffe eintritt. Insbesondere wird dadurch auch die bekannte Schädigung von Nutzungen durch staubförmigen Kalk, wie beispielsweise bei Ameisen im Forst, vermieden.
Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Adsoφtionsmaterial beispielsweise auch in hydrophobierter Form verwenden. Dies kann beispielsweise dadurch gesche¬ hen, daß die Granulatkörner hauchdünn mit einem Öl, wie beispielsweise Silikonöl, beschichtet werden, wodurch eine sogenannte polymeranaloge Umsetzung der Hydroxyl-Gruppen der Zellulose durch Methyiieren oder Verestern oder ähnlichem erfolgt. Einen entsprechenden Effekt erzielt man auch durch Untermischen von Kunststoff asern, wie beispielsweise Polyester. Durch Zumischen von besonders quellfähigen Polymeren oder mineralischen oder anorganischen Zuschlägen, wie beispielsweise Gips, kann eine Saugverstärkung erreicht werden. Enthält das erfin¬ dungsgemäße Adsoφtionsmatθrial einen Zusatz von Phosphorsäureestern, wie beispielsweise Borax, kann es als flammgeschutzter BaustoffI verwendet werden. Je nach Mittel, mit dem das erfindungsgemäße Adsorptionsmaterial versetzt ist, kann es unterschiedlich verwendet werden. So läßt es sich insbesondere als Geruchs-, Chemikalienbindemittel oder Dämmstoff verwenden.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Adsorptionsmittels ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer besonderen Ausf ührungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Endprodukts auf der Basis des erfindungsgemäßen Adsorptions- materials.
Ein zθllulosehaltiger Rohstoff, wie beispielsweise Papierschlamm, wird stark fibrilliert. Ein zθllulosehaltiger Hilfsstoff, wie beispielsweise Stroh oder Holz, wird schwach fibrilliert. Der stark fibrillierte Rohstoff wird mit dem schwach fibrillierten Hilfsstoff vermengt. Der Mischung wird Kalk oder ein gleichwertiges Mineral zugegeben. Je nach Anwendungsfall können der Mischung Hilfsfasem, wie beispielsweise Polyester, zur Beeinflussung der Größe oder der chemischen Eigenschaft des Endprodukts zugegeben werden. Das so erhaltene Adsorptionsmittei läßt sich gut handhaben und daher leicht zu einem Einsatzort transportieren. Am Einsatzort wird das Adsorptions¬ mittel mit der zu bindenden Flüssigkeit oder dem zu bindenden Schlamm innigst vermischt. Dem mit der Flüssigkeit oder dem Schlamm versetzten Adsorptionsmittel können auch einzubindende Nutzungskomponenten, wie beispielsweise Samen, zugegeben werden. Durch die Aufnahme der Flüssigkeit beziehungsweise des Schlamms entsteht ein Granulat. Das Granulat kann gegebenenfalls in einer Rotte gelagert werden. Ein derart auf der Basis eines erfindungsgemäßen Adsorptions¬ materials erhaltenes Endprodukt kann beispielsweise ein Düngemittel, Depotkalker, Erosionsfilz oder Samenträger sein.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Adsoφtionsmatθrial zum Binden von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß es zellulosehaltiges Material in fibrillierter Form aufweist.
2. Adsorptionsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zellulosehaltige Material Zeil uloseabf alle der Papierindustrie aufweist.
3. Adsorptionsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zellulosehaltige Material ligninfreies und ligninhaltiges Material aufweist.
4. Adsorptionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es mineralische Stoffe aufweist.
5. Adsorptionsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen Stoffe Kalk aufweisen.
6. Adsorptionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Bindemittel aufweist.
7. Adsorptionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihm organische Stoffe zugefügt sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmateriais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zellulosefasem einem quetschfreien, ziehenden Schlagen oder Schneiden unterworfen werden, erzeugt durch kurzzeitige intensive pulsierende Schläge.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasem im gequollenen Zustand behandelt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasem nach der Behandlung mit mineralischen Stoffen vermischt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit mineralischen Stoffen vermischten Zellulosefasem einem quetschfreien, ziehenden Schlagen oder Schneiden unterworfen werden, erzeugt durch kurzzeitige intensive pulsierende Schläge.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit organischen Stoffen versetzt wird, welche dadurch in das Material eingebracht werden, daß auf das Material und die organischen Stoffe kuzzeitig ein Druck ausgeübt wird, welcher durch intensive pulsierende Schläge erzeugt wird.
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