DE102011086319A1

DE102011086319A1 - Biokomposit bzw. Biowerkstoff mit Sonnenblumenkernschalen/- hülsen

Info

Publication number: DE102011086319A1
Application number: DE201110086319
Authority: DE
Inventors: Ulrich Meyer; Ulrich Wendeln
Original assignee: Ulrich Meyer; Ulrich Wendeln
Current assignee: SPC SUNFLOWER PLASTIC COMPOUND GMBH, DE
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Biowerkstoff bzw. ein Biokomposit auf Basis von Sonnenblumenkernschalen/-hülsen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, statt Holz, Bambus oder anderen, holzähnlichen Faserprodukten, Sonnenblumenkernschalen/-hülsen als Ausgangsmaterial für die Biokomposit-Produkte zu verwenden und zur Herstellung solcher Produkte einzusetzen, um dadurch die bisherigen Biowerkstoffe zu verbessern, insbesondere auch kostengünstiger zu gestalten und ihre Materialeigenschaften zu verbessern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Biokomposit bzw. ein Biowerkstoff. Solche Biowerkstoffe bzw. Biokomposite sind zum Beispiel schon als ”Wood-Plastic-Composites” (kurz ”WPC”), also -Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe bekannt. Diese werden auch ”Wood(-fiber)Polymer Composites” genannt oder ”Holz-Polymer-Werkstoffe”. Bei den vorgenannten Biowerkstoffen handelt es sich um thermoplastisch verarbeitete Verbundwerkstoffe, die aus unterschiedlichen Anteilen von Holz – typischerweise Holzmehl – Kunstoffen und Additiven hergestellt werden. Verarbeitet werden sie meist mit modernen Verfahren der Kunststofftechnik wie Extrusion, Spritzgießen, Rotationsguss oder mittels Presstechniken, aber auch im Thermoformverfahren.
Bei den WPC ist es nicht nur bekannt, Holz (insbesondere Holzmehl) zu verarbeiten, sondern es sind auch andere Pflanzenfasern bekannt, zum Beispiel Kenaf, Jute oder Flachs.
Bei der vorliegenden Erfindung geht es darum, die bisher bekannten WPC, also die bisher bekannten naturfaserverstärkten Kunststoffe, zu verbessern, insbesondere deren Kosten in der Herstellung für die Ausgangsmaterialien zu verringern.
Bei den bisher bekannten WPC liegt der Holzanteil regelmäßig bei über 20%, so sind beispielsweise WPC bekannt, bei denen der Holzfaser- oder -mehlanteil bei 50 bis 90% liegt und diese Materalien in einer Kunststoffmatrix aus Polypropylen (PP) oder weniger häufig aus Polyethylen (PE) eingebettet sind. Aufgrund der thermischen Empfindlichkeit des Holzes sind Verarbeitungstemperaturen nur von unter 200°C möglich. Bei höheren Temperaturen kommt es zu thermischen Umwandlungen und Zersetzungen des Holzes, was insgesamt die Eigenschaften des Werkstoffes in einer ungewünschten Weise verändert.
Bei den bislang bekannten naturfaserverstärkten Kunststoffen werden auch durch Zugabe von Additiven spezielle Materialeigenschaften optimiert. Solche Materialeigenschaften sind zum Beispiel die Bindung zwischen Holz und Kunststoff, Fließfähigkeit, Brandschutz, Farbgestaltung und, besonders für Außenanwendungen, auch die Witterungs-, UV- und Schädlingsbeständigkeit.
Auch ist es bereits bekannt, ein WPC auf Basis eines Gemisches aus Polyvinylchlorid (PVC) und Holzfasern zu je 50% herzustellen. Diese WPC werden auf Basis thermoplastisch verarbeiteter Duroplaste wie modifiziertes Melaminharz ebenfalls in der Entwicklung wie auch die Verarbeitung von holzähnlichen Produkten wie Bambus dann als ”Bamboo Plastic Composites” (”BPC”) bezeichnet. BPC klassifiziert die WPC-Verbundwerkstoffe, bei denen Holzfasern durch Bambusfasern ersetzt sind.
Die Vorteile der beschriebenen Biowerkstoffe gegenüber traditionellen Holzwerkstoffen wie Spannplatten oder Sperrholz sind die freie, dreidimensionale Formbarkeit des Werkstoffs und die größere Feuchteresistenz. Gegenüber Vollkunststoffen bieten WPC eine höhere Steifigkeit und einen deutlich geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Ein Nachteil der bisherigen Biowerkstoffe besteht auch darin, dass gegenüber Schnittholz deren Bruchfestigkeit vermindert ist, gegenüber massiven Formstücken und gegenüber Schnittholz die Formstücke mit verstärkten Einlagen bruchfester sind. Die Wasseraufnahme von Formstücken ohne abschließende Beschichtung ist höher als bei massiven Formkunststoffteilen oder Formstücken mit Folien- oder Fließbeschichtung.
Der Einsatz von den bisher beschriebenen Biowerkstoffen als Terrassendielen oder zur Herstellung von Platten ist ebenso bekannt wie die Verwendung von WPC vor allem im Baugewerbe, der Automobil- und Möbelindustrie, Außenbereich für Bodenbeläge (Terrassen, Schwimmbäder...), Fassaden und Möbel, insbesondere als Ersatz für Tropenhölzer. Es sind auch mehrere Stuhl- und Regalsysteme aus WPC bekannt. Weitere Anwendungen sind Schreibgeräte, Urnen, Haushaltsgeräte, WPC Biowerkstoffe finden im technischen Bereich als Profile zur elektrischen Isolation Einsatz und in der Automobilindustrie insbesondere als Türinnenverkleidung und Hutablagen.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, die bisherigen WPC Biowerkstoffe zu verbessern, insbesondere auch kostengünstiger zu gestalten und ihre Materialeigenschaften zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird ein Biowerkstoff mit dem Merkmal nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, statt Holz, Bambus oder anderen, holzähnlichen Faserprodukten, Sonnenblumenkernschalen/-hülsen als Ausgangsmaterial für die WPC-Produkte zu verwenden und zur Herstellung solcher Produkte einzusetzen.
Sonnenblumen werden in allen Gegenden dieser Welt angebaut und das Hauptziel der Sonnenblumenproduktion besteht darin, Sonnenblumenkerne und insbesondere deren Inhalte zu gewinnen. Bevor die Kerne verarbeitet werden, muss der Sonnenblumenkern geschält werden, dass heißt, dass der eigentliche Sonnenblumenkern von seiner Schale/Hülse befreit wird. Diese Schalen/Hülsen fallen in der Sonnenblumenkernproduktion in großen Mengen an und können als quasi Abfallprodukte der Sonnenblumenkernproduktion auch für andere Einsatzzwecke verwendet werden, zum Beispiel als Viehfutter, Biogasanlagen etc..
Der Vorteil der Sonnenblumenkernschalen/-hülsen besteht zunächst einmal darin, dass sie in großen Mengen nicht nur anfallen, sondern dass sie bereits aufgrund ihrer geringen Größe in relativ kleiner Form vorliegen und somit nur noch einer geringen Weiterbearbeitung, zum Beispiel Zerkleinerung, bedürfen, um das Ausgangsprodukt für ein ”SPC” (”Sunflower-Plastic-Composite”) zu bilden. Mithin ist die Zerkleinerung bzw. Zermahlung der Sonnenblumenkernschalen/-hülsen mit deutlich geringerem Energieaufwand verbunden als die Herstellung von Holzmehl für die WPC-Produktion.
Der besondere Vorteil des Einsatzes und der Verwendung von Sonnenblumenkernschalen besteht auch darin, dass diese überaus geeignet sind, auch für ein SPC Verwendung zu finden, welches zur Herstellung einer Verpackung, zum Beispiel Flasche, Dose, dient, insbesondere einer Nahrungsmittelverpackung.
Vor allem aber hat sich in einem ersten Versuch gezeigt, dass sich verkleinerte bzw. gemahlene Sonnenblumenkernschalen/-hülsen vorzüglich für eine Verarbeitung als SPC eignen und sich damit vorzüglich Nahrungsmittelverpackungen herstellen lassen, die in keiner Weise den Geschmack des aufbewahrten Nahrungsmittels ungünstig oder in irgendeiner Weise verändern.
Somit stellt die Erfindung auch einen sehr nachhaltigen Ansatz dar, ressourcenschonend Verpackungsmaterial oder ähnliches herzustellen.
Die Verarbeitung der zerkleinerten bzw. zermahlenen Sonnenblumenkernhülsen kann vorteilhafterweise folgen wie bei der Herstellung von Wood-Plastic-Composites.
Der Anteil der Sonnenblumenkernhülsen kann dabei 50 bis 90% des Endprodukts betragen, wobei als Kunststoffmatrix besonders bevorzugt ist ein Polypropylenwerkstoff, aber auch ein Polyethylenwerkstoff oder Polyvinylwerkstoff denkbar ist, wobei letztere weniger geeignet erscheinen.
Sonnenblumenkerne können aufgrund ihrer thermischen Empfindlichkeit durchaus mit Verarbeitungstemperaturen von bis zu 200°C verarbeitet werden, auch Temperaturen von bis zu 210°C sind möglich, bei höheren Temperaturen könnte es zu thermischen Umwandlungen oder Zersetzungen kommen.
Durch die Zugabe von Additiven werden spezielle Materialeigenschaften optimiert, zum Beispiel die Bindung zwischen den Sonnenblumenkernhälsen und dem Kunststoff, die Fließfähigkeit des Sonnenblumenkernhülsen-/Kunststoffgemischs, Brandschutz, Farbgestaltung und besonders für Lebensmittelanwendungen die Öl-, UV- und Schädlingsbeständigkeit.
Besonders bevorzugt ist ein Gemisch aus PP (Polypropylen), PE (Polyethylen), ABS(Acrylnitril-Butadien-Styrol)-Kunststoff einerseits und Sonnenblumenkernhülsen andererseits zu je 50%.
Das erfindungsgemäße Sunflower-Plastic-Composites (SPC) kann dabei durch ein Verfahren bearbeitet werden, welches in der Kunststoffproduktion bereits gut eingeführt ist. Besonders bevorzugt ist die Verarbeitung mittels Spritzguss, aber auch jede andere Kunststoffverarbeitungsform ist ohne Weiteres denkbar und möglich.
Beim Spritzgießen muss das Material, also das Mischmaterial, bestehend aus Kunststoff einerseits und zerkleinerten bzw. zermahlenen Sonnenblumkernhülsen andererseits homogen und problemfrei dosierbar sein, damit alle Teile der Schmelze eine gute Fließfähigkeit aufweisen.
Deshalb ist eine Korngröße des Sonnenblumenkernhülsenmaterials zwischen 0,05 mm und 2 mm, vorzugsweise unterhalb von 1 mm, wünschenswert.
Aufgrund der Sonnenblumenkernhülsengeometrie und der geringen Schlagzähigkeit sind die Wandstärken im Spritzguss dicker ausgelegt als bei reinen Kunststoffgranulaten. Vorteilhaft ist die wesentlich höhere Wärmeformbeständigkeit, die der Masse bei höheren Temperaturen Steifigkeit verleiht. SPC-Formteile können daher bei höheren Temperaturen entformt werden.
Die Erfindung eignet sich insbesondere dafür, ein SPC zur Herstellung einer Verpackung, vorzugsweise einer Nahrungsmittelverpackung, zum Beispiel eine Dose, eine Flasche oder dergleichen, einzusetzen. Eine solche Verpackung kann bedarfsweise noch innen- bzw. außenseitig mit einer Beschichtung versehen werden, um die gesamte Verpackung beständiger zu machen und um etwaige sensorische Beeinflussung des verpackten Materials, zum Beispiel Öl, Getränke etc. durch das Verpackungsmaterial, also das SPC, auszuschließen.
Die Verwendung von Sonnenblumenkernhülsen/Sonnenblumenkernschalen ist in der vorliegenden Anmeldung die bevorzugte Verwendung einer Hülse zur Herstellung eines ”Bio-Plastic-Composites”.
Statt Sonnenblumenkernhülsen bzw. Schalen von Sonnenblumenkernen lassen sich auch andere Schalen bzw. Hülsen von anderen Früchten erfindungsgemäß verwenden, zum Beispiel von Nüssen (insbesondere Haselnüsse, Walnüsse, Paranüsse, Bucheckern, Eicheln) oder von Getreide, insbesondere Roggen, Weizen, Hafer, Tritikale, Gerste, Mais, Reis, Hirse oder dergleichen.

Claims

Biowerkstoff bzw. Biokomposit auf Basis von Sonnenblumenkernschalen/-hülsen.
Biowerkstoff bzw. Biokomposit, wobei die Sonnenblumenkernschalen/-hülsen vermahlen sind, beispielsweise eine Korngröße von 3 mm oder weniger aufweisen.
Biowerkstoff bzw. Biokomposit, wobei der Anteil der Sonnenblumenkernschalen/-hülsen in dem Biowerkstoffendprodukt 40 bis 90%, vorzugsweise 50 bis 70% beträgt.
Verwendung eines SPC (Sunflower-Plastic-Composites) zur Herstellung einer Verpackung, vorzugsweise einer Nahrungsmittelverpackung, zum Beispiel einer Dose oder Flasche für Sonnenblumenöl.
Verfahren zur Herstellung eines SPC unter Verwendung von Sonnenblumenkernschalen/-hülsen, insbesondere gemahlenen Sonnenblumenkernschalen/-hülsen mittels Extrusion und/oder Spritzgießen und/oder Rotationsguss und/oder Presstechniken und/oder Thermoformverfahren, wobei als Kunststoffmaterial Polypropylen und/oder Polyethylen und/oder Polyvinylchlorid und/oder ABS eingesetzt wird.
Biowerkstoff bzw. Biokomposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statt Sonnenblumenkernschalen/-hülsen Schalen von Nüssen oder Getreide verwendet werden.