CZ403492A3

CZ403492A3 - Biologically degradable material, process of its production and use

Info

Publication number: CZ403492A3
Application number: CS924034A
Authority: CZ
Inventors: Johannes Dr Ing Schroeter
Original assignee: Buck Chem Tech Werke
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-12-31
Publication date: 1994-10-19
Also published as: DK0551125T3; DE59306475D1; SK403492A3; ATE153360T1; PL297335A1; DE4200485C1; ES2103984T3; EP0551125A1; SK279572B6; EP0551125B1; PL171872B1

Description

Vynález se týká biologicky oďbouratelného mateřTáTuT způsobu jeho výroby a jeho použití.

Dosavadní-stav_techniky

Již delší- dobu se v průmyslu obalové techniky hledají alternativy k dosud známým plastickým hmotám, které sice na jedné straně vykazují velmi dobré užitné vlastnosti a zpravidla je lze vyrábět při nízkých nákladech, na druhé straně však skýtají problémy s tím, jak se jich zbavit, poněvadž nehnijí a vedou proto k narůstání hor odpadků. Bylo již navrženo používat biologicky odbouratelných materiálů, aby se zmírnila problematika způsobovaná odpadky( Nevýhodou těchto látek však je, že jsou oproti dosud známým obalovým materiálům několikanásobně dražší. K odstranění této nevýhody bylo navrženo zapracovat do polyethylénové fólie jako plnivo škrob, který jednak jakožto levné plnivo snižuje výrobní náklady, jednak též má vést k lepší biologické odbouratelnosti. Poněvadž však odbouratelnost samotného polyethylénu se tím nemění, neřeší tento nástavek problematiku odpadků a na druhé straně se přísadou škrobu snižují mechanické vlastnosti polyethylénové fólie.

Podnětem k vynálezu byl úkol připravit biologicky odbouratelný materiál, který jednak je srovnatelný svými mechanickými a fyzikálními vlastnostmi s fóliemi čistých neplněných plastických hmot, jednak se rychle biologicky odbourává a jeho výroba je příznivá z hlediska výrobních nákladů. Podstata_vynálezu

Vynález řeší tento úkol biologicky odbouratelným materiálem obsahujícím 30 až 85 % hmotnosti biologicky odbouratelné plastické hmoty na bázi polysacharidu, 15 až 70 % hmotnosti přírodního škrobu nebo nemodifikované celulózy, jakož popřípadě i obvyklé látky, které lze připravit tím, že se biologicky odbouratelná plastická hmota roztaví při teplotě v rozmezí od teploty tání plastické hmoty až asi do 240°C, zároveň nebo následně se přidá škrob popřípadě nemodifikovaná celulóza, přičemž obsah vody ve škrobu nepřesahuje 20 %, získaná směs se granuluje a granulát se pak obvyklým způsobem tvaruje, nebo že se biologicky odbouratelná plastická hmota rozpustí v rozpouštědle nerozpouštějícím škrob, k roztoku se . pak přidá škrob a vzniklý organosol se pak tvaruje o sobě známým způsobem.

Překvapivě bylo zjištěno, že směs přírodního škrobu nebo nemodifikované celulózy s plastickou hmotou na bázi polysacharidu skýtá produkty, jejichž mechanické vlastnosti jsou vynikající a které jsou zčásti až desetkrát rychleji biologicky odbourávány než až dosud známé biologicky odbouratelné plastické hmoty.

Podstatnou složkou materiálu podle vynálezu je biologicky odbouratelná plastická hmota na bázi polysacharidu. Takovéto plastické hmoty jsou o sobě známé a všechny biologicky odbouratelné plastické hmoty na bázi polysacharidu, které je možno zpracovat na tvarované výrobky, jsou zde vhodné. Výhodně se jako biologicky odbouratelných plastických hmot používá ' termoplastických derivátů celulózy. Jako obzvláště vhodné se ukázaly acetát celulózy, propionát celulózy, butyrát celulózy, acetobutyrát celulózy a ethylcelulóza. Tyto deriváty celulózy jsou běžně obchodovanými produkty a není proto třeba jejich výrobu blíže popisovat. Biologicky odbouratelná plastická hmota je obsažena v množství od 3.0 do 85 % hmotnosti. Výhodně činí podíl plastické hmoty od 40 do 70 % hmotnosti.

Pojmem biologicky odbouratelná plastická hmota se rozumí plastická hmota, u níž při pokusu, při němž se zahrabe do země, dochází následkem mikrobakteriálních vlivů ke ztráte hmotnosti alespoň 20 g.m rocne, s výhodou alespoň -2

g.m ročně. Způsob stanovení ztráty na hmotnosti je po3 psán v příkladu 4.

Druhou podstatnou složkou materiálu podle vynálezu je přírodní škrob nebo nemodifikovaná celulóza. Přírodní škrob .lze., získat. ..ze, všech. .š.k.r_o.h_i_o_b.s.a.h.u-jící-ch-,... o .sobě. .známých,_ro.st--. linných materiálů, jako jsou například brambory, kukuřice, rýže nebo obilí. Škrob získaný z těchto látek má podobu zrnek. Nemodifikovanou celulózu je možno rovněž získat z rostlinného materiálu, jako jsou bavlna, juta, len, konopí, ramie (čínská tráva), jakož i ze dřeva jehličnatých a listnatých stromů a ze slámy. Čistá celulóza je stejně jako škrob vybudována z glukózových jednotek, není však z důvodu beta-glykozidického spojení v podobě kuliček, nýbrž v podobě dlouhých řetězců, tedy v podobě vláken. Podíl přírodního škrobu nebo nemodifikované celulózy v materiálu podle vynálezu může být v rozmezí od 15 do 70 % hmotnosti, s výhodou od 30 do 60 % hmotnosti. Podíl nižší než 15 % je rovněž možný, nevykazuje však již žádné ekonomické výhody. Podíl ve výši přibližně 70 % hmotnosti představuje z prostorových důvodů horní hranici koncentrace. Poměr obou složek podle vynálezu, nejvhodnější pro uvažovaný účel použití, může být odborníkem snadno zjištěn několika málo pokusy.

Jen při použití obou podstatných složek podle vynálezu se dosáhne výhod materiálu podle vynálezu. Jestliže se škrob nebo nemodifikovaná celulóza smísí s jinými biologicky odbouratelnými plastickými hmotami, které však nemají strukturu polysacharidů, dochází ke snížení mechanické pevnosti v té míře, v jaké se zvyšuje podíl škrobu nebo nemodifikované celulózy. Naproti tomu je mechanická pevnost u kombinace podle vynálezu oproti mechanickým hodnotám pro biologicky odbouratelnou plastickou· hmotu vyšší, než odpovídá podílu biologicky odbouratelné plastické hmoty.

Materiál podle vynálezu může kromě obou těchto složek, podstatných pro vynález, obsahovat ještě další, pro výrobu obalových materiálů obvyklé přísady, jako například plniva, barviva nebo jiné pomocné látky. Druh a množství vhodných přísad jsou o sobě známé a nevyžadují bližšího vysvětlení.

Obzvláště výhodná je u materiálu podle vynálezu velikost biologicky odbouratelného množství v závislosti na čase. V porovnání s biologickým odbouráním samotné biologicky odbouratelné plastické hmoty se docílí až desetinásobného urychlení míry odbourání. Obzvláště výhodných výsledků se dosáhne při použití škrobu.

Dále vynález popisuje způsoby k výrobě materiálu podle vynálezu, jak byl výše definován. Tento materiál je možno výhodně vyrobit kompoundováním nebo vytvořením organosolu. Jestliže podíl škrobu se nachází v dolní oblasti uvedeného rozsahu, je možno materiál podle vynálezu připravit jednoduše smísením obou složek a následným tvarováním o sobě známým způsobem. Vyšší podíly škrobu mohou vést k tomu, že získaná směs ucpává zařízení použité k tvarování. K výrobě materiálů podle vynálezu, které obsahují více než asi 20 až 25 % škrobu, se proto navrhuje způsob, jehož použitím je možno se těmto problémům vyhnout.

Je proto dalším předmětem vynálezu způsob výroby biologicky odbouratelného materiálu, kterýžto způsob se vyznačuje tím, že se biologicky odbouratelná plastická hmota roztaví, zároveň nebo následně se přidá škrob nebo nemodifikovaná celulóza, pak se získaná směs granuluje a granulát se pak tvaruje o sobě známým způsobem.

Výhodně se odbouratelná plastická hmota a škrob popřípadě nemodifikovaná celulóza smísí a plastická hmota se roztaví v přítomnosti škrobu.

K tvarování se granulát výhodně dále zpracuje lisováním, vstřikovacím litím nebo vytláčením.

Tímto způsobem je možno materiál podle vynálezu vyrábět jednoduše a s nízkými výrobními náklady. Při míšení roztavené plastické hmoty se škrobem se aplikují takové podmínky, že se zrnitá struktura škrobu v podstatě nezmění. Vhodné jsou teploty v rozmezí od teploty tání plastické hmoty do asi 240°C.

_ _ _ _ Obsah vody ve... škrobu by, .přitom neměl ,_b.ýt.....vyšší mez. 20 %, s » výhodou 15%.

Další alternativou postupu k výrobě materiálu podle vynálezu je způsob, který se vyznačuje tím, že se biologicky odbouratelná plastická hmota rozpustí v rozpouštědle, nerozpouštějícím škrob popřípadě nemodifikovanou celulózu, ke vzniklému roztoku se pak přidá škrob popřípadě nemodifikovaná celulóza a získaný organosol se tvaruje o sobě známým způsobem.

* Rozpouštědla, vhodná pro tuto variantu způsobu k výrobě ' materiálu podle vynálezu, jsou odborníkům známa; výhodně se .·, používá acetonu a ethanolu.

Tvarování organosolu se výhodně provádí natíráním, litím, nanášením stěrkou nebo stříkáním o sobě známým způsobem, za odpaření rozpouštědla.

Materiál podle vynálezu se může zpracovat například na obaly pro různé materiály. Na základě svého složení je tento materiál obzvláště vhodný k balení potravin, kosmetických prostředků, čistících prostředků a potřeb pro domácnost. Výhodně se tohoto materiálu používá k balení tuhých sypných látek. Pro balení například agresivních materiálů, jako jsou kyseliny, čisticí a cídící prostředky, je možno na materiálu podle vynálezu vytvořit vrstvu nepropustnou pro tato media.

Výhodně se z materiálu podle vynálezu lisují krabičky nebo se zpracuje do tvarů, které se používají jako víčka nebo dna pro krabičky z vinutého papíru. Vynález poskytuje materiál, který je ekologicky obzvláště vhodný, poněvadž se jednak vyrábí z přírodně se obnovujících látek, jednak se může biologicky opět velmi rychle odbourat. Kromě toho má oproti dosud známým obalovým materiálům obzvláštní výhody, jak pokud jde o mechanické vlastnosti, tak i z ekonomických důvodů.

Vynález je blíže objasněn dále uvedenými příklady provedení .

Příkl^dy_provedení_vyná1ezu

Příklad 1

Smísí 1 kg propionátu celulózy ve tvaru granulí s 0,2 kg práškového přírodního škrobu. Vzniklá směs se nasype do vstřikovacího stroje a pak se v něm z ní vstřikováním vyrobí konstrukční součásti, které jsou vhodné jako víčko popřípadě dno krabičky vyrobené svinutím papíru.

Příklad 2

Smísí se 1 kg propionátu celulózy v podobě granulí s 1 kg přírodního bramborového práškového škrobu. Vzniklá směs se zahřívá do té míry, že propionát celulózy změkne, načež se granuluje. Získaný granulát se nasype do vstřikovacího zařízení a vytvaruje v tvarové kusy, které jsou vhodné jako víčka nebo dna krabiček vyrobených svinutím papíru.

Příklad 3 kg acetátu celulózy se rozpustí v 9 kg acetonu. Ke vzniklému roztoku se přidá 1 kg přírodního škrobu. Získaný organosol se rozlije a aceton se odpaří. Vznikne fólie s drobnými pevnostními vlastnostmi.

Příklad 4

Odbouratelnost plastických hmot se zkouší při pokusu, zahrnujícím jejich zahrabání do země. Za tím účelem se do země zahrabe zkušební tělísko o rozměrech 45 x 22 x 2 mm, které sestává z hliníkového jádra a z na něm nanesené vrstvy zkoumané, biologicky odbouratelné plastické hmoty. Země má toto složení:

Biologicko-organický uhlík 29,0 %

Organický dusík .. . . ₇ 0,2 %

Organické látky 50,0 % ' PH~ ............. ” ............. ' .......... ' ....... 5,5*

Odpor (vodivost) 2000 ohmů

Sušina brutto-hmotnosti 37,0 %

6Ž 5' (sestávající z rašeliny získané při melioračních pracích a z rostlinných produktů)

Organický podíl brutto-hmotnosti 20,0 %

Nasákavost 600,0 %

Zbytek tvoří písek a voda.

Pokus se provádí při teplotě přibližně 20°C. V časových intervalech se zjištuje úbytek hmotnosti vzorku, to jest úbytek vztažený na 1 m povrchu. Pokus se provádí s těmito polymerními materiály: acetátem celulózy (CA), propionátem celulózy (CP), acetobutyrátem celulózy (CAB) a polykaprolaktonem (PCL - pro porovnání), jakož vždy též s kombinací biologicky odbouratelného materiálu se škrobem (materiál podle vynálezu). Výsledky jsou patrné z připojených diagramů na ;obr. 1 až 4.

Na obr. 1 je zobrazen -.diagram, znázorňující závislost úbytku hmotnosti (Δ m v mg) zkušebních tělísek povlečených (1) samotným acetátem celulózy (CA) a (2) acetátem celulózy v kombinaci s 50 % škrobu, na době jejich zahrabání v zemi (vyjádřené počtem dní).

Na obr. 2 je zobrazen diagram, znázorňující závislost úbytku hmotnosti { Δ. m v mg) zkušebních tělísek povlečených (3) samotným propionátem celulózy (CP) a (4) propionátem celulózy v kombinaci s 50 % škrobu, na době jejich zahrabání v zemi (vyjádřené počtem dní).

Na obr. 3 je zobrazen diagram, znázorňující závislost úbytku hmotnosti ( óx m v mg) zkušebních tělísek povlečených (5) samotným acetobutyrátem celulózy (CAB) a (6) acetobutyrátem celulózy v kombinaci s 50 % škrobu, na době jejich zahrabání v zemi (vyjádřené počtem dní).

Na obr. 4 je zobrazen diagram, znázorňující závislost úbytku hmotnosti { Δ m v mg) zkušebních tělísek povlečených (7) samotným polykaprolaktonem (PCL) a (8) polykaprolaktonem v kombinaci s 50 % škrobu, na době jejich zahrabání v zemi (vyjádřené počtem dní).

V těchto diagramech je úbytek hmotnosti vždy vynesen v závislosti na době zahrabání zkušebních tělísek v zemi (doba je vyjádřena počtem dní). Z porovnání diagramů vyplývá, že kombinace biologicky odbouratelného materiálu podle vynálezu se škrobem vykazuje vynikající míru odbourání, která je mnohem větší v porovnání s mírou odbourání samotného derivátu celulózy. Výsledky dosažené s jednotlivými samotnými deriváty celulózy popřípadě s jejich kombinacemi s 50 % škrobu jsou znovu sestaveny v diagramu ná obr. 5.

Obr. 5 zobrazuje diagram znázorňující míru odbourání 2 (úbytek hmotnosti v g/m .rok) pro jednotlivé materiály označené (1) až (8), přičemž (1) znamená vzorek povlečený samotným acetátem celulózy (CA) (2) vzorek povlečený acetátem celulózy v kombinaci s 50 % škrobu, (3) znamená vzorek povlečený samotným propionátem celulózy (CP), (4) znamená vzorek povlečený propionátem celulózy v kombinaci s 50 % škrobu, (5) znamená vzorek povlečený samotným acetobutyrátem celulózy (CA), (6) znamená vzorek povlečený acetobutyrátem celulózy v kombinaci s 50 % škrobu, (7) znamená vzorek povlečený samotným polykaprolaktonem (PCL) a (8) znamená vzorek povlečený polykaprolaktonem v kombinaci s 50 % škrobu. l·''. _r r-p (f.cCc I mg Jan Kubát

Claims

1 . Biologicky odbouratelný materiál obsahující 30 až 85 % hmotnosti biologicky odbouratelné plastické hmoty na bázi polysacharidu, 15 až 70 % hmotnosti přírodního škrobu nebo nemodifikované celulózy, jakož popřípadě i obvyklé pomocné látky, který lze připravit tím, že se biologicky odbouratelná plastická hmota roztaví při teplotě v rozmezí od teploty tání plastické hmoty až asi do 240°C, zároveň nebo následně se přidá škrob popřípadě nemodifikovaná celulóza, přičemž obsah vody ve škrobu nepřesahuje 20 %, získaná směs se granuluje a granulát se pak obvyklým způsobem tvaruje, nebo že se biologicky odbouratelná plastická hmota rozpustí v rozpouštědle nerozpouštějícím škrob, k roztoku se pak přidá škrob a vzniklý organosol se tvaruje o sobě známým způsobem.

2. Biologicky odbouratelný materiál podle nároku 1, v y značující se tím, že biologicky odbouratelnou plastickou hmotou je termoplastický derivát celulózy.

3. Biologicky odbouratelný materiál podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že biologicky odbouratelnou plastickou hmotou je acetát celulózy, propionát celulózy, butyrát celulózy, acetobutyrát celulózy nebo ethylcelulóza.

4. Biologicky odbouratelný materiál podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že jako přírodního škrobu se použije bramborového škrobu.

5. Způsob výroby biologicky odbouratelného materiálu podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se biologicky odbouratelná plastická hmota roztaví, zároveň nebo následně se přidá škrob nebo nemodifikovaná celulóza, vzniklá směs se granuluje a granulát se pak tvaruje obvyklým způsobem.

6- Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že plastická hmota se smísí se škrobem popřípadě s nemodifikovanou celulózou a plastická hmota se roztaví v přítomnosti škrobu popřípadě nemodifikované celulózy.

7. Způsob podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že se tvarování provádí lisováním, vstřikovacím litím nebo vytláčením.

8. Způsob výroby biologicky odbouratelného materiálu podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se biologicky odbouratelná plastická hmota rozpustí v rozpouštědle netozpouštějícím škrob, k roztoku se pak přidá škrob a vzniklý organosol se tvaruje o sobě známým způsobem.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že organosol se tvaruje natíráním, litím, nanášením stěrkou nebo stříkáním za odpaření rozpouštědla.

10. Použití biologicky odbouratelného materiálu podle nároků 1 až 4 k balení potravin, kosmetických prostředků a čisticích prostředků.