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Die Erfindung betrifft eine Materialmischung für einen biologisch abbaubaren Stoff insbesondere zur Herstellung von lebensmittelgeeigneten Behältern.
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Materialien zur Herstellung von lebensmittelgeeigneten Behältern sind bereits bekannt. So sind beispielsweise Behälter aus Polyethylenterephthalat zur Lagerung von Lebensmitteln weit verbreitet. Bei der Herstellung solcher Behälter aus Polyethylenterephthalat können jedoch die negativen Umwelteinflüsse sowohl bei der Herstellung des Materials bedingt durch chemische Herstellungsverfahren als auch bei der Herstellung der Behälter nicht vermieden werden. Des Weiteren sind Polyethylenterephthalat und die Behälter aus diesem Material nicht biologisch abbaubar, so dass ein komplexes Recyclingverfahren notwendig ist, wobei in dem Recyclingverfahren das Material nur teilweise recycelt werden kann.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung gesehen, eine derartige Materialmischung bereitzustellen, die biologisch abbaubar, umweltschonend sowie lebensmittelgeeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Materialmischung aus Bakteriencellulose, Polymilchsäure und Chitosan hergestellt ist. Alle drei Komponenten der Materialmischung sind biologisch abbaubar und können auf einem natürlichen Wege beispielsweise durch Verwendung als Düngemittel abgebaut werden, so dass die nicht Umwelt mit nicht abbaubaren Resten der Materialmischung belastet wird. Die erfindungsgemäße Materialmischung ist zudem vollständig recyclebar.
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Die Komponenten der erfindungsgemäßen Materialmischung sind geschmacksneutral und kostengünstig in der Herstellung, so dass die Materialmischung auch lebensmittelgeeignet ist und zur kostengünstigen Herstellung von lebensmittelgeeigneten Behältern verwendet werden kann. Die einzelnen Komponenten der Materialmischung und die Materialmischung selbst können leicht in einem Spritzgussverfahren verarbeitet werden, so dass die Herstellungskosten von lebensmittelgeeigneten Behältern zusätzlich reduziert werden.
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Im Vergleich zu derzeit verbreiteten Materialien zur Herstellung von lebensmittelgeeigneten Behältern sind Polymilchsäure und Chitosan antibakteriell und die Materialmischung kann somit vorteilhaft für lebensmittelgeeignete Behälter eingesetzt werden. Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Materialmischung eine erhöhte Temperaturbeständigkeit, reisfeste Eigenschaften sowie hohe Transparenz auf.
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Die biologisch abbaubare Materialmischung kann erfindungsgemäß auch in der Verpackungs-, Textil-, Automotive- und Medizinindustrie vorteilhaft eingesetzt werden. Es sind beispielsweise Anwendungen der erfindungsgemäßen Materialmischung zur Herstellung von Flaschenkästen, Ionenfilter, Schuhsohlen, zur optischen Aufwertung von Büchern, Zeitungen sowie weiteren drucktechnisch hergestellten Artikeln denkbar. Abhängig von den Anteilen der einzelnen Komponenten in der erfindungsgemäßen Materialmischung können die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Materialmischung auf die jeweilige Anwendung angepasst werden.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bakteriencellulose biotechnologisch in einem Celluloseherstellungsverfahren hergestellt ist, wobei aus einem Altpapier oder aus einem Biomaterial mit einem Glucosegewinnungsverfahren durch Cellulasen die Glucose hergestellt wird, die in einem Gärungsverfahren von cellulosebildenden Mikroorganismen zu der Bakteriencellulose verarbeitet wird.
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In dem Glucosegewinnungsverfahren können zuerst das Altpapier oder das Biomaterial, wie beispielsweise Süß- und Salzwasseralgen, durch Cellulasen, wie beispielsweise Schimmelpilze der Gruppe Trichoderma und insbesondere Trichoderma reesei, zu Glucose verarbeitet werden. Das Glucosegewinnungsverfahren kann beispielsweise in einem Bioreaktor bei Raumtemperatur durchgeführt werden, so dass keine zusätzlichen Kosten durch eine Temperierung entstehen können. Bei dem Glucosegewinnungsverfahren kann ein Output zu Input Verhältnis von mehr als 5% erreicht werden.
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Nachfolgend kann die in dem Glucosegewinnungsverfahren entstandene Glucose in dem Gärungsverfahren von cellulosebildenden Mikroorganismen, wie beispielsweise Bakterien der Gruppe Acetobacteraceae und insbesondere Acetobacter xylinum, zu der Bakteriencellulose verarbeitet werden. Die in dem Glucosegewinnungsverfahren entstandene Glucose kann durch eine Membran von restlichen Komponenten getrennt werden, um möglichst reine Bakteriencellulose zu erhalten. Das Gärungsverfahren kann relativ einfach und schnell durchgeführt werden, so dass die Bakteriencellulose auf einfache Weise in den erforderlichen Mengen hergestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Polymilchsäure biotechnologisch in einem Fermentationsverfahren aus der Bakteriencellulose durch Milchsäurebakterien hergestellt ist. Das Fermentationsverfahren kann erfindungsgemäß nach dem Gärungsverfahren erfolgen und die in dem Gärungsverfahren hergestellte Bakteriencellulose teilweise oder komplett durch Milchsäurebakterien, insbesondere Lactobacillus casei, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus delbrueckii oder Lactobacillus pentosus, zu der Polymilchsäure verarbeitet werden. Während des Fermentationsverfahrens können die Anteile der einzelnen Komponenten in der erfindungsgemäßen Materialmischung verändert werden, indem die Dauer und die Intensität des Fermentationsverfahrens variiert werden. Abhängig von den Anteilen der einzelnen Komponenten – Bakteriencellulose, Polymilchsäure und Chitosan – in der Materialmischung können die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Materialmischung auf die jeweilige Anwendung der Materialmischung angepasst werden.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Chitosan biotechnologisch in einem Chitosanherstellungsverfahren aus der Polymilchsäure durch Pilze hergestellt ist. In dem Chitosanherstellungsverfahren können beispielsweise Pilze der Ordnung Mucorale und insbesondere Mucor rouxii, Absidia coerulea und Rhizopus oryzae verwendet werden. Die Anteile der einzelnen Komponenten in der erfindungsgemäßen Materialmischung können in dem Chitosanherstellungsverfahren auf einfache Weise verändert werden, um die Eigenschaften der Materialmischung verändern zu können. So kann beispielsweise die Materialmischung zu einem überwiegenden Teil aus Chitosan, aus Polymilchsäure oder aus Bakteriencellulose bestehen und entsprechend unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
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Um die Eigenschaften der Materialmischung ändern und auf die jeweilige Anwendung zusätzlich anpassen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Materialmischung ein Zusatzmittel aufweist. Das Zusatzmittel kann beispielsweise die Temperaturbeständigkeit, die Transparenz, die Sauerstoffdurchlässigkeit und weitere Eigenschaften der Materialmischung beeinflussen.
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Es ist auch vorgesehen, dass das Zusatzmittel Füllmittel beinhaltet. So kann das Zusatzmittel beispielsweise Calciumcarbonat beinhalten, um die Verarbeitung der erfindungsgemäßen Materialmischung im Spritzgussverfahren zu verbessern.
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Es ist auch denkbar und erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Materialmischung Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente aufweist. Durch die Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente können beispielsweise die optische Ausgestaltung der aus der Materialmischung hergestellten Artikel verbessert werden oder die Transparenz der Materialmischung beeinflusst werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Zusatzmittel lebensmittelgeeignet ist oder derart in der Materialmischung chemisch eingebunden ist, dass das Zusatzmittel die Lebensmittel nicht negativ beeinflussen kann. Des Weiteren kann das Zusatzmittel auch biologisch abbaubar sein, so dass die Materialmischung auch mit dem Zusatzmittel biologisch abgebaut werden kann und umweltschonend ist.
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Die Erfindung betrifft auch einen lebensmittelgeeigneten Behälter, insbesondere eine Getränkeflasche. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Behälter aus einer wie voranstehend beschriebenen Materialmischung hergestellt ist. Im Vergleich zu den derzeit verbreiteten und aus Polyethylenterephthalat hergestellten Behältern ist der erfindungsgemäße lebensmittelgeeignete Behälter biologisch abbaubar und somit umweltschonend.
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Der erfindungsgemäße lebensmittelgeeignete Behälter kann sowohl biologisch beispielsweise als Düngemittel abgebaut, komplett recycelt oder mehrfach verwendet werden. Bei der mehrfachen Verwendung des erfindungsgemäßen Behälters kann dieser beispielsweise mit Essigsäure oder durch Wasserdampf gereinigt werden.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Behälter eine sauerstoffundurchlässige Barrierebeschichtung aufweist. Die Barrierebeschichtung kann beispielsweise verwendet werden, um in dem erfindungsgemäßen Behälter befindliche Lebensmittel vor Sauerstoff zu schützen und dessen Haltbarkeit zu erhöhen. So kann der erfindungsgemäße Behälter nicht nur zur Lagerung von Wasser, sondern beispielsweise zur Lagerung von Milch und weiteren sauerstoffempfindlichen Lebensmitteln eingesetzt werden.
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Es ist vorgesehen, dass die Barrierebeschichtung aus einem Acrylharz hergestellt ist. Acrylharz ist dauerhaft haltbar, transparent und ermöglicht einen Schutz der in den erfindungsgemäßen Behältern befindlichen Lebensmittel vor Sauerstoff. Zudem ist das Acrylharz bedruckbar, so dass die Barrierebeschichtung auf einfache Weise überdruckt und der erfindungsgemäße Behälter optisch ausgestaltet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass die Barrierebeschichtung einen Zusatzstoff aufweist. Der Zusatzstoff kann beispielsweise die Transparenz oder die Temperaturbeständigkeit des Behälters beeinflussen und die Verarbeitung des Behälters verbessern. Auch die Beständigkeit des erfindungsgemäßen Behälters gegen UV-Strahlung kann erfindungsgemäß durch den Zusatzstoff verbessert werden.
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Um die optische Ausgestaltung des lebensmittelgeeigneten Behälters verändern zu können, ist vorgesehen, dass der Zusatzstoff Farbstoffe und/oder Farbstoffpigmente aufweist. Die Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente können erfindungsgemäß lebensmittelgeeignet sein oder chemisch in der Barrierebeschichtung derart eingebunden werden, dass die Eigenschaften des Behälters nicht negativ beeinflussen werden und der Behälter lebensmittelgeeignet bleibt.
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Die Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente können erfindungsgemäß sowohl zur Verbesserung der optischen Ausgestaltung des Behälters als auch zur Veränderung weiterer Eigenschaften, wie beispielsweise Durchlässigkeit sichtbarer Strahlung, eingesetzt werden. Auch eine Verwendung der Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente als eine Grundierungsschicht für eine weitere drucktechnische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters beispielsweise mit UV-härtenden Farben ist möglich.
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Es ist auch denkbar und vorgesehen, dass die Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente durch elektro-magnetische Strahlung erst nach der abgeschlossenen Herstellung des Behälters in der bereits auf dem Behälter aufgetragenen Barrierebeschichtung optisch aktiviert werden. So können beispielsweise anstatt einer drucktechnischen Ausgestaltung des Behälters die Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente bereichsweise in der Barrierebeschichtung optisch aktiviert werden und somit eine optische Ausgestaltung des Behälters vorgenommen werden. Die Zusammensetzung der Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente in der Barrierebeschichtung ermöglicht sowohl eine mehrfarbige als auch eine einfarbige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Behälter eine Zusatzbeschichtung aufweist. Die Zusatzbeschichtung kann beispielsweise zur Verbesserung der optischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Behälters oder als antistatische Schicht eingesetzt werden. Beispielsweise können Folien aus Bakteriencellulose oder Chitosan verwendet werden, die die vorteilhaften Eigenschaften des Behälters verbessern und zusätzlich biologisch abbaubar und somit umweltschonend sind.
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Es ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass die Zusatzbeschichtung aus Polymilchsäure hergestellt ist. Die Polymilchsäure ist auch biologisch abbaubar und kann somit zusammen mit dem erfindungsgemäßen Behälter abgebaut, recycelt oder wiederverwendet werden. Durch eine Strukturierung der Zusatzbeschichtung können weitere optische Effekte erreicht werden. So kann beispielsweise durch eine Strukturierung der Zusatzbeschichtung durch einen Laser ein 3D-Effekt erreicht werden und der erfindungsgemäße Behälter zusätzlich aufgewertet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Materialmischung und des erfindungsgemäßen lebensmittelgeeigneten Behälters werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Herstellungsverfahrens einer erfindungsgemäßen Materialmischung;
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2 eine schematische Ansicht eines lebensmittelgeeigneten Behälter;
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3 eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Behälters.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Herstellungsverfahrens 1 einer erfindungsgemäßen Materialmischung 2. Dabei wird zuerst biotechnologisch die Bakteriencellulose 3 in einem Celluloseherstellungsverfahren 4 hergestellt, wobei beispielsweise aus einem Biomaterial 5 mit einem Glucosegewinnungsverfahren 6 durch Cellulasen die Glucose 7 hergestellt wird, die in einem nachfolgenden Gärungsverfahren 8 von cellulosebildenden Mikroorganismen zu der Bakteriencellulose 3 verarbeitet wird.
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Nach dem Gärungsverfahren 8 wird aus der Bakteriencellulose 3 in einem Fermentationsverfahren 9 Polymilchsäure 10 biotechnologisch durch Milchsäurebakterien hergestellt. Die in dem Gärungsverfahren 8 hergestellte Bakteriencellulose 3 kann in dem Fermentationsverfahren 9 teilweise oder komplett zu der Polymilchsäure 10 verarbeitet werden. Während des Fermentationsverfahrens 9 können die Anteile der einzelnen Komponenten in der erfindungsgemäßen Materialmischung 2 verändert werden und dadurch die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Materialmischung 2 auf die jeweilige Anwendung der Materialmischung 2 angepasst werden.
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Nach dem Fermentationsverfahren 9 kann erfindungsgemäß Chitosan 11 biotechnologisch in einem Chitosanherstellungsverfahren 12 aus der Polymilchsäure 10 durch Pilze hergestellt werden. Die Anteile der einzelnen Komponenten in der erfindungsgemäßen Materialmischung 2 können in dem Chitosanherstellungsverfahren 12 ebenfalls auf einfache Weise verändert werden, um Eigenschaften der Materialmischung 2 zu verändern.
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Alle drei Komponenten der Materialmischung 2 – Bakteriencellulose 3, Polymilchsäure 10 und Chitosan 11 – sind biologisch abbaubar und zudem vollständig recyclebar. Zusätzlich können die Eigenschaften der Materialmischung 2 durch ein Zusatzmittel 13 verändert werden, das ein Füllmittel oder Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente aufweisen kann.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines lebensmittelgeeigneten Behälters 14 in Form einer Getränkeflasche. Der Behälter 14 ist aus der Materialmischung 2 hergestellt und ist im Vergleich zu den derzeit verbreiteten aus Polyethylenterephthalat hergestellten Behältern biologisch abbaubar und somit naturschonend. An dem Behälter 14 ist eine Zusatzbeschichtung 15 aufgetragen, die beispielsweise bedruckt oder strukturiert werden kann.
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In 3 ist eine Schnittansicht eines Ausschnitts des in 2 dargestellten Behälters 14 gezeigt. Der Behälter 14 ist aus der Materialmischung 2 hergestellt, das das Zusatzmittel 13 aufweist. Erfindungsgemäß kann das Zusatzmittel 13 lebensmittelgeeignet oder chemisch in der Materialmischung 2 eingebunden sein, so dass der Behälter 14 lebensmittelgeeignet bleibt. Eine sauerstoffundurchlässige Barrierebeschichtung 16, beispielsweise Acrylharz, schützt in dem Behälter 14 befindliche Lebensmittel und erhöht dessen Haltbarkeit. Die Barrierebeschichtung 16 weist zusätzlich ein Zusatzstoff 17 auf, der beispielsweise Farbstoffe bzw. Farbstoffpigmente enthält.
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Des Weiteren weist der Behälter 14 eine Zusatzbeschichtung 15 auf, die beispielsweise zur Verbesserung der optischen Eigenschaften des Behälters 14 oder als antistatische Schicht eingesetzt werden kann. Eine Oberfläche 18 der Zusatzbeschichtung 15 kann ist derart strukturiert, dass weitere optische Effekte, wie beispielsweise 3D-Effekt, erreicht werden können.
