AT398077B - Biologisch abbaubares verpackungs- füll-und polstermaterial mit geringer dichte, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung - Google Patents

Description

AT 398 077 B

Die Erfindung betrifft ein biologisch abbaubares Verpackungs- Füll-und Polstermaterial, gegebenenfalls in Form loser Füllkörper, mit geringer Dichte auf Basis geschäumter Polymere.

Derartige Füll-und Polstermaterialien dienen insbesondere zur Füllung des Raumes zwischen einem Packgut und den widerstandsfähigen Wänden einer Verpackung, wie z.B. Karton, Schachtel oder Kiste und 5 schützen bzw. isolieren das Gut gegen Stoß, Temperaturschocks und Schall. Das Material kann z.B. als gegebenenfalls der Form des Packgutes angepaßt geformtes, ganzteiliges Wand- oder Eckstück oder dgl. oder in Form loser riesel- und schüttfähiger Füllkörper, z.B. in Gestalt von "Chips" "Achterkörpern", Sattelkörpern, T-Stücken, Ellipsoiden oder Sphäroiden vorliegen. Auch "autonome" eigenfeste Verpackungen, wie z.B. Tassen, flache Behälter, Eierbehälter, Fastfood-Behälter sollen nicht ausgeschlossen sein. In io jedem Fall soll das Material bei relativ hoher Energieaufnahme-Kapazität möglichst geringe Dichte, mit dem Grad einer Verformung zunehmenden Widerstand dagegen sowie ausreichende Rückstelleigenschaften aufweisen. Wichtig sind weiters geringe Feuchtigkeitsaufnahme, Widerstandskraft gegen biologischen Befall während des Gebrauchs und Vermeidung eines "Zerbröselns" dieser Füllmaterialien bei Manipulation.

Ein ganz wesentlicher Sektor dieser Füll-Materialien wird von geschäumten Polymeren, wie z.B. auf 75 Polyurethanbasis, aber insbesondere von Formkörpern jeglicher Art auf Basis geschäumter Polystyrole abgedeckt. Nachteile dieser heute noch bevorzugt zum Einsatz gelangenden Füll- und Polsterkörper auf Basis von Polystyrolen sind die bekannten Probleme, die Styrol und Polystyrol für Gesundheit und Umwelt mit sich bringen, wozu weiters noch die bei ihrer Herstellung verwendeten Expansions-Treibgase, z.B. auf Basis gegebenenfalls niedermolekularer Alkane als Problemstoffe hinzukommen, ihre beim Entsorgen durch 20 Verbrennen entstehenden giftigen Rauchgase, und schließlich die völlig unzureichende Verrottungsfähigkeit dieser bekannten Verpackungshilfsstoffe.

In letzter Zeit ist beispielsweise aus der EP-A1 3,76 201 ein Versuch bekanntgeworden, die Nachteile der Polystyrole bezüglich ihrer schlechten Bio-Abbaubarkeit zu verringern und auf Basis von ganz speziell ausgewählten, hohe Amylosegehalte aufweisenden und durch Verätherung modifizierte Stärken, die mit 25 einer Hydrophob-Ausrüstung mit Styrol-Acrylat-Harzen bis 3,9% ausgestattet sind, derartige Verpackungs-Leichtkörper zu schaffen, die einer extrusionsunterstützen thermischen Formgebung unterworfen werden. Obwohl das so erhältliche Produkt relativ günstige Bio-Abbaubarkeit aufweist, ist es an ganz bestimmte Stärken, welche darüber hinaus einer gesonderten chemischen Modifikation unterzogen werden, gebunden.

Es soll an dieser Stelle nicht unerwähnt bleiben, daß in der WO-A1 90/14935 neuartige Formkörper für 30 Strukturelememte, wie insbesondere Bau- und Möbelplatten sowie umhüllende Verpackungen auf Basis von druck- und temperaturbeaufschlagten Massen aus Stärkeschmelzen bzw. -gelen mit kleinteiligen, faserartigen, insbesondere biogenen Material, wie Holzfasern, durch Extrusion und direkt darauffolgende Expansion gewonnenen rigiden, porenhältigen Materialien mit verringerter Dichte beschrieben sind. Zur Erreichung verbesserter Verarbeitbarkeit, zur Eigenschaftsregulierung und insbesondere zur Hydrophobierung können 35 den gefüllten Stärkegelen Modifikatoren verschiedenster Art wie Fette, Öle, Wachse Harze und/oder Kautschuke zugesetzt sein.

Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, wie eingangs angeführte Leicht-Produkte für den Verpackungssektor zu schaffen, bei denen eine Abhängigkeit von ganz bestimmten, hochwertigen Rohstoffen und deren Modifikation vermieden werden können. Ausgehend von nativen Stärken verschiedenster 40 Provenienz oder gleich von hohe Anteile an Stärken aufweisende Pflanzen bzw. Pflanzenteilen, sollen ohne aufwendige Behandlung mit teilweise gesundheitsgefährdenden Chemikalien nur durch Beimischung und Einarbeitung von leichtzugänglichen Polymeren ein breites, leicht steuerbares Eigenschaftsspektrum aufweisende Verpackungs-Füllmaterialien ohne Einbußen von deren Bio-Abbaubarkeit auf an sich konventionelle Weise erhalten werden. ,45 Es wurde gefunden, daß eine Kombination von Stärke bzw. Stärke enthaltenden Rohstoffen und damit kompatiblen Kautschuken zu Leichtprodukten der gewünschten Art führte.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verpackungs-, Füll- und Polstermaterial der eingangs genannten Art, wie es im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 charakterisiert ist.

Das neue Material zeichnet sich durch hervorragende Steuerbarkeit des Schüttgewichtes im Bereich so von etwa 5 bis etwa 80 kg/m3, insbesondere von 12 bis 45 kg/m3, eine relative Elastizität im bevorzugten Bereich von 55-85% insbesondere um 70%, eine in Relation zur Dichte hohe Energieaufnahme-Kapazität sowie durch hohen Zusammenhalt aus; es weist weiters angenehme Manipulierbarkeit, praktisch keine elektrostatische Aufladung und gefälliges Aussehen auf. Darüber hinaus ist seine Bio-Abbaubarkeit hervorragend, eventuelle Rückstände haben Pulverform und bilden dadurch für einen endgültigen Abbau besonders 55 günstige Voraussetzungen.

Zur Steuerung und Konstanthaltung der Wasseraktivität (aW-Wert) und damit der Flexibilität der neuen Formkörper ist es günstig, wenn mindestens eines der im Anspruch 3 genannten Feuchthaltemittel in den dort genannten Mengen in die Grundmasse der Körper integriert ist. 2

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Eine günstige, gegebenenfalls sogar zu Werbezwecken dienlichen, in vielen Fällen die Optik verbessernde und eine Verwechslungsgefahr mit eßbaren Chipsprodukten ausschließende Form der neuen Füllstoffe kann durch Einfärbung, wie gemäß Anspruch 4 vorgesehen, erreicht werden. Der Farbstoff kann im übrigen auch durchaus haltbar und abriebfest oberflächlich aufgetragen, z.B. aufgesprüht sein, obwohl 5 die erfindungsgemäßen Leicht-Formkörper eine im wesentlichen dichte Oberflächenhaut und geschlossen-zeilige Struktur aufweisen.

Um einen Befall durch Schädlinge zu vermeiden ist es günstig, wenn in die neuen Füllkörper ein biozider Wirkstoff, wie es Anspruch 4 vorsieht, integriert ist. Er dient besonders der Abwehr von Nagetieren. io An sich sorgt der in den, den neuen Leicht-Polsterkörpern zugrundeliegenden Grundmassen vorhandene - bei Extrusion zuerst kondensiert vorliegender und sich bei der nachfolgenden Expansion als volumsweiternd sich entwickelnder Wasserdampf manifestierende - Feuchtigkeitsgehalt für die Erreichung eines jeweils gewünschten Expansionsgrades. Eine Steigerung kann auf günstige Weise durch die im Anspruch 5 angeführten Expansionshilfsmittel erreicht werden. Günstige solche Mittel können niedrigsiedende Alkoho-15 le und Ketone oder aber als Feststoffe Ammon-bzw. Natriumhydrogencarbonat sein.

Ein besonderer Vorteil der neuen Füll-Materialien besteht darin, daß ihr Endcharakter nicht in wesentlicher Weise von der Wahl des Ausgangsstoffes, nämlich der Stärke(n) abhängt, womit die für die Wirtschaftlichkeit - infolge des Konkurrenzdruckes besonders wichtige - wesentliche Voraussetzung hoher Anpassungsfähigkeit an wechselndes Angebot gegeben ist. 20 In diesem Sinne ist es von besonderem Vorteil, daß die Grundmasse der neuen Füll-Materialien beliebig mit einem der im Anspruch 6 genannten natürlichen "Stärkelieferanten" gebildet sein kann.

In den Grundmassen der erfindungsgemäßen Materialien besonders bevorzugte, native Stärkelieferanten sind im Anspruch 7 angeführt und zeigen neben der ökonomischen auch ganz wesentliche Flexibilität des Standortes einer Produktion der Füll-und Polsterverpackungen auf. 25 Unter den sich anbietenden Elastomeren haben sich in den Grundmassen der neuen Formkörper hinsichtlich Integrierbarkeit und Kompatibilität mit Stärke(n), und insbesondere mit Nebenstoffen, wie Eiweiße oder Fette, aufweisenden, Stärke enthaltenden Rohstoffe, und schließlich hinsichtlich deren Verarbeitbarkeit, zu der auch eine nachträgliche Weiterverformung bei voller Erhaltung der Elastizität und unter Umständen sogar Verschweißung zu zählen ist, besonders die im Anspruch 2 angeführten thermoplasti-30 sehen Elastomere bewährt. Es seien hier besonders die Handelsprodukte "Carifiex TR 1101 und 1102" der Firma Shell erwähnt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der bisher beschriebenen, neuen Produkte, das in besonders vorteilhafter Weise so gestaltet wird, wie es im Anspruch 8 ausgeführt ist. Besonderer Vorteil ist die überraschende Kompatibilität zwischen nativer Stärke und synthetischem Elasto-35 mer, die es erlaubt, auf vorhandenem Maschinenpark im Rahmen üblicher Parameter zu produzieren.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft für die Kompatibilität der beiden Hauptkomponenten und deren Durchdringung zur Texturausbildung erwiesen, bei den im Anspruch 9 genannten Temperaturen zu fahren.

Hohe Widerstandskraft der neuen Produkte läßt sich bei den bevorzugt einzuhaltenden Druckbedingun-40 gen gemäß Anspruch 10 erzielen.

Im Sinne einer oben schon angedeuteten Durchdringung von Stärke- und Elastomerketten im molekularen Bereich und zur Erreichung einer glatten, homogenen Extrusionsmasse ist es von besonderem Vorteil, dafür Sorge zu tragen, daß im Rahmen der im Anspruch 11 genannten Bereiche der Energieeinleitungs-Leistungen gearbeitet wird. 45 An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß diese Werte unter Umständen bei zu hohen Fettgehalten in den Stärkeanteilen der zu verarbeitenden Grundmassen nicht erreichbar sind. Dementsprechend ist es von besonderem Vorteil, wenn der Gehalt der Grundmasse an Fetten bzw. Ölen und/oder fettartigen Substanzen 3 Masse-% nicht wesentlich übersteigt.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung der Grundmassen für die Eigenschaftsmodifikation so vorgesehenen Additive gemäß Anspruch 12 und deren Vorteile sind schon oben ausführlicher erörtert worden.

Gleiches gilt für die im Anspruch 13 angeführten, ebenfalls mit Verweisen zu entsprechenden Gegenstandsansprüchen versehenen Stärken und thermoplastischen Elastomere.

Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung erläutert: 55 Beispiel 1: Mittels eines konischen Doppelschneckenextruders CM 45 der Firma Cincinnati-Milacron wurde eine Mischung von 80 kg Maisschrot mit einem Stärkeanteil von 80 Masse-% und 12,2 Masse-% Wassergehalt sowie 20 kg pulverförmigem, thermoplastischem Kautschuk "Carifiex TR" der Firma Shell auf Basis von nichtquervernetztem Butadien und Styrol und 1,2 kg Ethylenglykol thermoplastifiziert und mit 3

Claims (7)

1. AT 398 077 B wegen des höheren Fettgehaltes um 15% reduzierter Produktionsgeschwindigkeit bei max. 170*C und einem Druck von 190 bar durch zwei kreisrunde Düsen mit jeweils 2mm Durchmesser extrudiert, die Expansion erfolgte gegen, den gerade herrschenden Umgebungsdruck. Es wurde ein goldgelbes, optisch ansprechendes Granulat länglich-ellipsoider Gestalt mit etwa 12mm Durchmesser und etwa 40mm Länge erhalten, dessen Aussehen etwa Erdnußlocken entsprach, und das beim Schütten keinerlei Elektrostatik zeigte. Die Füllkörper hatten ein Schüttgewicht von 38 kg/m1 und eine relative Elastizität Fr/Fo von 0,66, wiesen bei schwankender Luftfeuchte im wesentlichen konstante Eigenfeuchte im Bereich von 9,3 Masse-% auf, zeigten beim Zusammendrücken bis zu einer Volumsverringerung von etwa 30% ein "Knistern” und relativ geringen Widerstand, der bis zu einer Volumsreduktion auf etwa 70% jedoch steil anstieg, und widersetzte sich einer weiteren Reduktion des Volumens unter steigendem Druck praktisch völlig. Nach der Druckentlastung erfolgte ein Rückstellen auf etwa 65% des ursprünglichen Volumens, die Textur erschien etwas blättrig, jeder der Körper blieb zusammenhängend, es bildeten sich keinerlei unangenehme "Brösel". Versuche einer Kompostierung bei 15-20*0 Umgebungstemperatur zusammen mit Gemüseabfällen zeigten nach 6 Wochen eine vollständige Verrottung unter Zurückbleiben eines hellen, vom Elastomer herrührenden Pulvers, dessen Weiterverrottung Gegenstand noch laufender Untersuchungen ist. Ergänzung: Fr/Fo stellt ein Maß für die Elastizität dar, wobei der Wert ”1" eine "sehr elastische" und der Wert "0" eine "nicht elastische" Textur repräsentieren. (SCHLEINING, G.: "Aspekte mechanischer Texturmessung", Ernährung, Vol.13,1989, S.585-.) Beispiel 2: In ähnlicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Mischung von Reisbruch mit einem Stärkegehalt von etwa 83 Masse-% und einer Feuchte von 10,7 Masse-% sowie 15 kg eines ebenfalls pulverförmigen, thermoplastischen Elastomers, "Cariflex TR 1102", der Firma Shell, ebenfalls auf Basis von linearem Polyen und Styrol, mit Zusätzen von 0,8 kg Glycerin als Feuchthaltemittel und 0,5 kg eines blauen Farbstoffs (Patentblau V, E 131, der Firma Dragoco) bei max. 190*C und 180 bar auf dem gleichen Extrudermodell bei Normalgeschwindigkeit verarbeitet und durch eine Schlitzdüse mit den Maßen 1,5x100 mm extrudiert. Es wurde ein ansprechend blau gefärbter, übliche Schaumstoffkonsistenz aufweisender, flachrechteckiger, elastisch-flexibler Strang von 5,5mm Dicke erhalten, der sich als Zwischeneinlage für Verpackungen hervorragend eignet. Daraus durch Ablängen erhaltene Platten wiesen praktisch keine Wasseraufnahme bei 15-minütiger Lagerung unter kaltem Wasser auf, zeigten selbst bei Anwendung hoher mechanischer Kräfte keine Tendenz zur "Bröselbildung", ihre Zerreißfestigkeit lag hoch. Ihre relative Elastizität Fr/Fo betrug 0,56. Patentansprüche 1. Biologisch abbaubares Verpackungs-, Füll- und Polstermaterial, gegebenenfalls in Form loser Füllkörper, mit geringer Dichte auf Basis geschäumter Polymere, wobei das Material aus einer eine Vielzahl kleindimensionierter Hohlräume und einen Wassergehalt im Bereich von 5 bis 20 Masse-% aufweisenden, wiederverfestigten Gelschmelze einer bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur thermoplastifi-zierten und unter Mitwirkung von Feuchte expandierten Grundmasse auf Basis von Stärke und einem Polymer besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verpackungsmaterial im wesentlichen aus mindestens einer, bevorzugt nicht-modifizierten, Stärke oder/und Stärke(n) enthaltenden Pflanzenmaterialien, insbesondere Pflanzenteilen, wobei der Stärkeanteil, bezogen auf die Gesamt-Grundmasse mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% beträgt, in Kombination mit mindestens einem thermoplastischen Elastomer, dessen Anteil an der Gesamt-Grundmasse 1-40%, bevorzugt 5-25%, beträgt, besteht. 2. Füll-und Polstermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer eines auf Basis von Styrol und Poly-bzw. Dienen, insbesondere ein im wesentlichen lineares Copolymer auf Basis von Styrol und/oder Methylstyrol und Butadien, und/oder Isopren, ist. 4 1 Füll-und Polstermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse, jeweils bezogen auf Trockensubstanz, 0,5-20 Masse-%, insbesondere 0,8-10 Masse-%, Glykol, Glycerin, Ethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol oder/und niedermolekulare Polyole, bzw. die genannten Substanzen als wesentliche Komponenten enthaltende Stoffe als Feuchthalte mittel enthält. AT 398 077 B 4. Füll-und Polstermaterial nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse, jeweils bezogen auf Trockensubstanz, 0,1-5 Masse-% mindestens eines Farbstoffes biogenen und/oder mineralischen und/oder synthetischen Ursprungs und/oder 0,02-0,5 Masse-% mindestens eines bioziden, insbesondere rodentiziden Wirkstoffs aufweist. 5. Füll-und Polstermaterial nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse als Expansionshilfsmittel mindestens ein mit Wasser mischbares Lösungsmittel mit Siedepunkt bei Normaldruck von 70-130 “C oder/und mindestens ein gasabspaltendes Salz enthält. 6. Füll-und Polstermaterial nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse aus einem Schmelzegel auf Basis mindestens eines native, Stärke enthaltenden Pflanzenmaterials aus den Gruppen der Zerealien, Körnerfrüchte, Getreide und stärkeliefernde Wurzeln, Knollen und/oder Stämme gebildet ist. 7. Füll-und Polstermaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse aus einem Schmelzegel auf Basis von Leguminosen-Frucht, Mais, Reis, Kartoffeln und/oder Cassava als Nativ-Stärke enthaltendem Pflanzenmaterial gebildet ist.
2. 8. Verfahren zur Herstellung von neuen Verpackungs-Füll-und Polstermaterialien nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Wassergehalt von 5 bis 20 Masse-%, insbesondere von 8 bis 16 Masse-%, aufweisende bzw. auf diesen gebrachte, vorzugsweise in kleinteiliger bzw. stückiger Form vorliegende Grundmasse aus mindestens 50 Masse-%, bevorzugt mindestens 60 Masse-%, Stärke(n) oder/und Stärke(n) enthaltenden Pflanzenmaterialien und 1-40 Masse-%, bevorzugt von 5-25 Masse-%, mindestens eines thermoplastischen, insbesondere synthetischen Elastomers sowie gegebenenfalls mindestens einem Feuchthaltemittel, Expansionshilfsmittel, Biozid-Mittel oder/und Farbstoff mit mechanischer Beanspruchung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck einem Extrusionsvorgang mit anschließender, durch die in der Grundmasse vorhandenen Wasserfeuchte zumindest wesentlich mitbewirkter Expansion unterworfen wird.
3. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse beim Extrudieren auf Temperaturen von 105-230 *C, bevorzugt von 135-170 *C, erhitzt wird.
4. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse beim Extrudieren auf Drucke von 30-500 bar, bevorzugt von 70-300 bar, komprimiert wird.
5. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse beim Extrudieren einer spezifischen mechanischen Energieeinleitung (SME) von 0,05-0,7 kWh/kg, bevorzugt von 0,07-0,3 kWh/kg, unterworfen wird.
6. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundmasse mit mindestens einem der in den Ansprüchen 3 bis 5 genannten Feuchthaltemittel und/oder Farbstoffe und/oder bioziden bzw. rodentiziden Wirkstoffe und/oder Expansionsmittel der Extrusion mit Expansion unterworfen wird.
7. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundmasse mit mindestens einem der in den Ansprüchen 6 bzw. 7 genannten Stärke(n) enthaltenden Pflanzenmaterialien bzw. Pflanzenteilen und/oder mindestens einem der im Anspruch 2 genannten thermoplastischen Elastomere der Extrusion mit Expansion unterworfen wird. 5