DE102008034281A1

DE102008034281A1 - Cellulosefolien aus Cellulosegel

Info

Publication number: DE102008034281A1
Application number: DE200810034281
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Rußler
Original assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Folien aus Cellulosegelen durch gemeinsame Trocknung mit einer weiteren Substanz, die als Weichmacher dient und optional weiterer Substanzen, die die Verwendungseigenschaften der gebildeten Folien vorteilhaft beeinflussen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Folien aus Cellulosegelen durch gemeinsame Trocknung mit einer weiteren Substanz, die als Weichmacher für die cellulosische Grundsubstanz dient und optional weiterer Substanzen, die als Wirksubstanzen die Verwendungseigenschaft der gebildeten Folien vorteilhaft beeinflussen.
In wissenschaftlichen Publikationen werden in letzter Zeit Folien auf der Basis von Hemicellulosen diskutiert. Bei diesen Folien handelt es sich um Gebilde, die aus Lösungen von Hemicellulosen in Wasser und einer zweiten als Weichmacher dienenden Substanz durch Verdunsten des Wassers gebildet werden. Die so gebildeten Folien sind flexibel, mehr oder weniger transparent und weisen eine hohe Undurchlässigkeit für Sauerstoff und andere Gase auf, wodurch ihre Verwendung im Bereich der Lebensmittelverpackung diskutiert wird.
Über verschiedene mechanische und chemomechanische Verfahren sind heute sogenannte Cellulosegele zugänglich, welche aus cellulosischem oder lignocellulosischem Material, z. B. Zellstoff, TMP, Holz oder anderen Pflanzenfasern, erzeugt werden. Dabei werden insbesondere einzelne Cellulosemikrofibrillen aus den Cellulosegrundkörpern freigesetzt und bilden in wässrigen Systemen ein dreidimensionales Fibrillennetzwerk. Zur Verbesserung der technologischen Eigenschaften der Gele in speziellen Anwendungen wie der Verwendung als Verdicker und der Vereinfachung beim Herstellverfahren enthalten diese Cellulosegele gelegentlich neben Wasser noch weitere Komponenten wie z. B. Cellulosederivate, welche als Hilfsstoffe zu betrachten sind.
Cellulose besitzt als Polysaccharid in seinem Molekül viele freie OH-Gruppen. Durch die spezielle Struktur der Cellulose ist es ihr möglich, über diese OH-Gruppen geordnete, stabile Strukturen zu erzeugen. Dies geht insbesondere dann vonstatten, wenn wässrig suspendierte Cellulose einem Trocknungsprozess unterzogen wird. Nach und nach wird dabei das Wasser aus den Zwischenräumen zwischen einzelnen Cellulosesträngen entfernt, bis sich zwischen den Cellulosemolekülen direkt Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Diese Bindungen sind meist so stabil, dass sie sich bei erneutem Zusatz von Wasser nicht wieder lösen. Je feiner die Cellulose zerkleinert ist, desto stärker kommt dieser Effekt zum Tragen, da sich die einzelnen Cellulosestränge besser aneinander anpassen können, mehr Berührungsflächen haben und so leichter Bindungen ausbilden können.
Werden diese Cellulosegele getrocknet, bilden sich deshalb sehr spröde und harte Filme, die bei Kontakt mit Feuchtigkeit oder freiem Wasser nur noch bedingt quellen, sich jedoch ohne massive mechanische Einwirkung nicht wieder in die einzelnen Cellulosestränge zerteilen lassen.
Wird dem Cellulosegel jedoch vor der Trocknung eine als Weichmacher dienende Substanz zugefügt, so bilden sich nach der Trocknung mehr oder weniger transparente, hochflexible Folien aus. Als Weichmacher können in diesem Fall z. B. verschiedene Polyole wie z. B. Glycerol oder Zuckeralkohole wie z. B. Sorbitol oder Xylitol, aber auch Saccharide und andere Stoffe dienen. Vorteilhafterweise werden Stoffe dafür verwendet, welche physiologisch unbedenklich sind und keine Giftigkeit aufweisen.
Je mehr von dieser als Weichmacher fungierenden Substanz dem Gel vor der Trocknung zugegeben wird, desto größer ist bis zu einem spezifischen Gehalt die flexibilisierende Wirkung und desto größer ist die Neigung, bei Kontakt mit Wasser wieder in eine Suspension zu zerfallen.
Die beschriebenen Systeme aus feinst fibrillierter Cellulose und Wasser bilden sehr stabile Gele. In diese Gele können neben den als Weichmacher dienenden Stoffe noch die verschiedensten Substanzen eingearbeitet werden, welche im folgenden als Wirksubstanzen bezeichnet werden. Sowohl andere wasserunlösliche Feststoffe als auch wasserlösliche Substanzen und sogar Flüssigkeiten wie z. B. Öle können als Wirksubstanz stabil in Cellulosegelen feinst verteilt werden.
Wird das Gel anschließend getrocknet, so bleiben die eingebrachten Substanzen im Porensystem der zurückbleibenden trockenen Cellulose gleichmäßig verteilt.
Da Cellulose die Eigenart besitzt bei Kontakt mit Wasser zu quellen, kann über diese Eigenschaft die Zugänglichkeit der in der Cellulosematrix eingebrachten vorteilhaften Substanzen gewährleistet werden. Dies ist z. B. bei Folien, die im medizinischen, hygienischen oder kosmetischen Bereich im Kontakt mit Haut und damit mit der Hautfeuchtigkeit eingesetzt werden, entscheidend. Über diesen Mechanismus ist eine gezielte, langsame Abgabe flüssiger oder löslicher Wirksubstanzen aus der Cellulose in die Haut möglich. Dieser „slow reiease”-Effekt ermöglicht die Abgabe solcher Komponenten je nach Dicke der Folie über einen längeren Zeitraum.
Die Einbringung der Wirksubstanzen und der als Weichmacher dienenden Substanzen in das Cellulosegel ist mit einfachen Mitteln möglich. Dies kann durch Mischung mit einem einfachen Mischaggregat wie einem Rührwerksmischer erfolgen, eine gleichmäßigere Verteilung wird jedoch bei Verwendung eines stärker wirksamen Aggregates, z. B. Ultra Turrax oder Homogenisator möglich.
Bei den beschriebenen Wirksubstanzen kann es sich grundsätzlich um jeden wasserlöslichen oder wasserunlöslichen Feststoff oder um eine Flüssigkeit handeln. Besonders vorteilhaft ist für medizinische Zwecke die Einbringung von physiologisch wirksamen Substanzen wie Vitamin E, Allantoin, Dexpanthenol, Lanolin und anderen Wirkstoffen. Um die erfindungsgemäßen Folien antimikrobiell auszurüsten, ist die Einbringung von kolloidalem Silber oder organischen antimikrobiell wirksamen Substanzen wie z. B. von Parabenen in die Cellulosematrix vorteilhaft.
Durch die beschriebene Methode ist auch die Einbringung von anorganischen Bestandteilen, z. B. anorganischen Pigmenten, katalytisch wirksamen Bestandteilen etc. als Wirksubstanz in die erfindungsgemäße Folie möglich.
Durch die beschriebene Methode ist zudem die Einbringung von unlöslichen organischen Komponenten, z. B. von Cyclodextrinen, unlöslichen organischen Pigmenten etc. als Wirksubstanz in die erfindungsgemäße Folie möglich.
Die Zumischung der Wirksubstanzen muss so gewählt werden, dass die entstehenden Folien für die vorgesehenen Anwendungen neben einer ausreichenden Flexibilität auch eine ausreichende Festigkeit besitzen.
Im Anschluss an die Einmischung der Wirksubstanzen muss das modifizierte Cellulosegel getrocknet werden. Dies kann mit allen anwendbaren Trocknungsverfahren durchgeführt werden, z. B. durch Heißlufttrocknung, Infrarottrocknung, Mikrowellentrocknung, Walzentrocknung, Ofentrocknung, chemische Trockungsverfahren wie Lösungsmittelaustausch oder einfaches Verdunsten an der Luft etc.
Die so gewonnenen Folien können je nach eingebrachter Wirksubstanz z. B. zu Wundauflagen oder sonstigen in der Medizin verwendeten Folien verarbeitet werden oder für katalytische Prozesse benutzt werden. Die beschriebenen Modifizierungen können z. B. auch für spezielle optische Effekte ausgenutzt werden, oder das haptische Erscheinungsbild oder die weiterverarbeitungstechnischen Eigenschaften der beschriebenen Folien positiv beeinflussen. Die Verwendungsmöglichkeiten der nach dem beschriebenen Verfahren modifizierten Cellulosefolien beschränkt sich jedoch nicht auf die oben umschriebenen.

Claims

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass sogenannte Cellulosegele mit einer oder mehrerer als Weichmacher dienenden Substanz versetzt werden.
Verfahren, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die nach Anspruch 1 als Weichmacher dienenden Substanzen aus der Gruppe der Polyole, der Saccharide und Zuckeralkohole stammen.
Verfahren, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass durch Trocknung der Cellulosegele nach den Ansprüchen 1 und 2 daraus Folien hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 weiter dadurch gekennzeichnet, dass vor der Trocknung dem Cellulosegel weitere vorteilhafte funktionelle Substanzen (Wirksubstanzen) zugegeben werden.
Verfahren, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den vorteilhaften, funktionellen Substanzen nach Anspruch 4 um wasserlösliche oder wasserunlösliche Feststoffe oder um Flüssigkeiten handelt.
Verfahren, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den vorteilhaften funktionellen Substanzen nach Anspruch 4 um physiologisch wirksame Substanzen handelt.
Verfahren, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den vorteilhaften funktionellen Substanzen zur Einarbeitung in das Cellulosegel nach Anspruch 4 um technologisch wirksame Substanzen zur Modifizierung der Eigenschaften der Folie handelt.
Verfahren, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den vorteilhaften funktionellen Substanzen zur Einarbeitung in das Cellulosegel nach Anspruch 4 um technologisch wirksame Substanzen zur Modifizierung von anderen gasförmigen oder flüssigen Substanzen durch katalytische Reaktionen handelt.
Verfahren nach Anspruch 4 bis 8, im weiteren dadurch gekennzeichnet das es sich bei den in das Cellulosegel eingebrachten Stoffen um eine oder mehrere Substanzen handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten Folien als Wundauflagen oder Stoffe zu deren Herstellung dienen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten Folien zur Verwendung im medizinischen, hygienischen oder kosmetischen Bereich dienen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten Folien als Katalysatorträgerstoffe dienen.