DE19814373A1 - Biologisch abbaubares Material für Verpackungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein biologisch abbaubares Material für Verpackungen, umfassend: (a) 45 bis 72 Gew.-% Stärke, (b) 18 bis 45 Gew.-% cellulosehaltige Fasern, (c) 0,2 bis 10 Gew.-% fetthaltiges Trennmittel, (d) 0,05 bis 3,0 Gew.-% Emulgator und (e) 2 bis 15 Gew.-% Wasser. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materials sowie dessen Verwendung zur Verpackung von Gegenständen, insbesondere Lebensmittel.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein biologisch abbaubares Material für Verpackun­ gen, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materials sowie dessen Verwen­ dung zur Verpackung von Gegenständen, insbesondere Lebensmittel.

In der heutigen Zeit stellt die Vermeidung, Verminderung und Entsorgung von Ab­ fällen eines der größten umweltrelevanten Probleme dar. Dies tritt besonders deutlich bei Formkörpern, wie Becher, Teller, Tassen, Schalen, Schachteln und sonstigen Behältnissen, zu Tage, die beispielsweise zur Verpackung von Lebensmitteln und in Schnellimbißrestaurants eingesetzt werden. So werden z. B. Lebensmittel, insbesondere solche, die zum sofortigen Verzehr bestimmt sind, häufig in voluminösen Verpackungen verkauft. Obwohl solche Formkörper relativ leicht sind, erhöhen sie nach ihrem Gebrauch bei ihrer Entsorgung die Menge und das Volumen an langlebigen, festen Abfällen. Dadurch beanspruchen diese Formkörper durch ihr erhebliches Volumen die Müllbehälter bzw. die Mülldeponien. Des weiteren werden sie durch den Wind leicht weggeblasen. Werden solche Formkörper im Freien weggeschmissen, nachdem die darin enthaltenen Lebensmittel verzehrt wurden, dann verunzieren sie oft über Jahre die Landschaft.

Viele der bisher eingesetzten Materialien zur Herstellung der oben genannten Formkörper sind aus nicht erneuerbaren Rohstoffen hergestellt, was weiterhin eine starke ökologische Belastung darstellt.

Wie aus den vorstehend dargelegten Umständen deutlich wird, besteht ein großes Bedürfnis nach einem Material, das für Formkörper, insbesondere Verpackungen, eingesetzt werden kann, das aus überwiegend nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und sehr schnell biologisch abbaubar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Material bereit­ zustellen, das aus überwiegend nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und sehr schnell biologisch abbaubar ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein biologisch abbaubares Material für Verpac­ kungen erreicht, das sich dadurch auszeichnet, daß es folgende Bestandteile um­ faßt:

• (a) 45 bis 72 Gew.-% Stärke,
• (b) 18 bis 45 Gew.-% cellulosehaltige Fasern,
• (c) 0,2 bis 10 Gew.-% fetthaltiges Trennmittel,
• (d) 0,05 bis 3,0 Gew.-% Emulgator und
• (e) 2 bis 15 Gew.-% Wasser,

wobei die Mengenangaben in Gew.-% sich jeweils auf das biologisch abbaubare Material beziehen.

Das erfindungsgemäße Material weist also als Hauptkomponenten Stärke, und cellulosehaltige Fasern sowie als Nebenkomponenten ein fetthaltiges Trennmittel, einen Emulgator und Wasser auf. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Ver­ packungsmaterial zusätzliche Additive, z. B. Füllstoffe, wie Kreide, Kaolin, Talkum, Gips, Tonerde, Titandioxid oder Aluminiumoxid, Flußmittel, wie Magnesiumcarbo­ nat, Magnesiumhydoxidcarbonat, Natronlauge und Ammoniumhydroxid, sowie Farbpigmente und Lebensmittelfarbstoffe enthalten. Allerdings kann das erfin­ dungsgemäße Material auch nur aus den angegebenen Komponenten (a) bis (e) bestehen, d. h. es liegen keine weiteren Bestandteile im erfindungsgemäßen Material vor, außer denjenigen, die in den Komponenten (a) bis (e) als übliche Begleitstoffe vorhanden sind, z. B. Verunreinigungen der Stärke.

Im erfindungsgemäßen Material bilden die Stärke und die cellulosehaltigen Fasern einen Stärke-Faser-Verbund, der das fetthaltige Trennmittel, den Emulgator und das Wasser enthält, wobei dieser Stärke-Faser-Verbund durch Verkleisterung der Stärke gebildet wird. Dies bedeutet, daß zumindest ein Teil der Stärke im erfindungsgemäßen Material als verkleisterte Stärke vorliegen kann wobei es sich als günstig erwiesen hat, wenn der größte Teil bis die gesamte Stärke im erfindungsgemäßen Material, und somit im Stärke-Faser-Verbund, als verkleisterte Stärke vorliegt. Der Ausdruck "verkleisterte Stärke" weist darauf hin daß diese aus nativer Stärke oder aus chemisch und/oder physikalisch modifizierter Stärke hergestellt wird, in dem diese in Gegenwart von Wasser zuerst erhitzt und dann ggf. abgekühlt wird. Das fetthaltige Trennmittel, der Emulgator und das Wasser können im Stärke-Faser-Verbund gleichmäßig verteilt sein.

Das erfindungsgemäße Material kann aus einem Teig hergestellt werden, der die oben angegebenen Bestandteile (a) bis (d) in dem im erfindungsgemäßen Material gewünschten Verhältnis aufweist, wobei aber der Wassergehalt größer als 15 Gew.-% ist. Dieser Teig wird z. B. in eine geschlossene Backform gefüllt und somit in die gewünschte Form gebracht und anschließend gebacken. Durch das Backen entweicht ein Teil des Wassers unter starker Druckerhöhung als Wasserdampf, wodurch ein erfindungsgemäßes Material erhalten wird. Der Wasserdampf entweicht durch hierfür speziell ausgestaltete Öffnungen aus der Backform. Das so hergestellte erfindungsgemäße Material wird nach dem Backen aus der Backform entnommen.

Die Stärke, die im erfindungsgemäßen Material vorliegt, kann von natürlicher Stärke, chemisch und/oder physikalisch modifizierter Stärke und Gemischen davon stammen. Beispiele für die im erfindungsgemäßen Material vorliegende natürliche Stärke sind Kartoffel-, Mais-, Reis- und Weizenstärke sowie andere aus pflanzlichen Materialien gewonnene Stärken, wobei Kartoffelstärke bevorzugt ist, da sie zum einen kommerziell in großen Mengen kostengünstig zu erhalten ist und zum anderen erfindungsgemäße Materialien mit besonders guten Materialeigenschaften ergibt. Des weiteren besitzt die Kartoffelstärke ein großes Quellvolumen, wodurch viskositätsergiebige Kleister erhalten werden, sowie eine gute Klebeeigenschaften.

Die Stärke liegt im erfindungsgemäßen Material in einer Menge von 45 bis 72 Gew.-%, bevorzugt 58 bis 66 Gew.-% und besonders bevorzugt 64 bis 66 Gew.-%, vor, jeweils bezogen auf das erfindungsgemäße Material. Mit diesen Mengen an Stärke im erfindungsgemäßen Material wird ein mechanisch besonders stabiler Stärke-Faser-Verbund und eine sehr schnelle biologische Abbaubarkeit erreicht.

Im erfindungsgemäßen Material liegen cellulosehaltige Fasern vor, die zusammen mit der ebenfalls anwesenden Stärke den vorstehend näher beschriebenen Stärke-Faser-Verbund bilden, der das Grundgerüst des erfindungsgemäßen Materials darstellt. Der Ausdruck "cellulosehaltige Fasern" weist auf Fasern jeglicher Art hin, die Cellulose enthalten oder aus Cellulose bestehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die cellulosehaltigen Fasern Zellstoffasern d. h. Fasern, die aus Zellstoff gewonnen werden können. Bei Zellstoff handelt es sich um eine Bezeichnung für die beim Aufschluß von Holz oder anderen Faserpflanzen anfallende feinfaserige, vorwiegend aus Cellulose bestehende Masse.

Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck "Fasern" weist auf feine, dünne, in ihrer Länge begrenzte Gebilde hin, wobei die Länge größer als die Breite ist. Sie können als Einzelfasern oder als Faserbündel vorliegen. Solche Fasern können in dem Fachmann bekannter Weise hergestellt werden, wobei es sich als besonders günstig herausgestellt hat, wenn die Faserherstellung so erfolgt, daß das cellulosehaltige Material zerschlagen wird, z. B. mittels einer Hammermühle.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materials liegt die Länge der cellulosehaltigen Fasern im Bereich von 0,1 bis 3,0 mm; die Breite der cellulosehaltigen Faser kann vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,06 mm liegen.

Die Menge der cellulosehaltigen Fasern im erfindungsgemäßen Material beträgt 18 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 21 bis 24 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt ca. 24 Gew.-%, jeweils bezogen auf das erfindungsgemäße Material. Durch diese Mengen an cellulosehaltiger Faser im erfindungsgemäßen Material wird in besonders vorteilhafter Weise eine gute mechanische Stabilität und eine hervorragende biologische Abbaubarkeit des erfindungsgemäßen Materials ermöglicht.

Das Verhältnis von Stärke zu Faser im erfindungsgemäßen Material kann so eingestellt werden, daß es 1 : 1 bis 4 : 1, vorzugsweise 3 : 1 bis 2,5 : 1, z. B. ca. 2,7 : 1, beträgt.

Wie bereits vorstehend dargelegt wurde, weist das erfindungsgemäße Material ein fetthaltiges Trennmittel auf, das in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Material, vorliegt. Die Menge des fetthaltigen Trennmittels beträgt vorzugsweise 0,2 bis 2,5 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,6 bis 1,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das erfindungsgemäße Material.

Der Begriff "fetthaltiges Trennmittel" umfaßt Zusammensetzungen jeglicher Art die ein Fett oder mehrere verschiedene Fette aufweisen und die Trennung des erfindungsgemäßen Materials nach dem Backen aus der Backform erleichtern. Bei Fetten handelt es sich um Triglyceride, d. h. Ester des Glycerins, dessen drei Hydroxy-Gruppen durch Fettsäuren verestert sind. Die Fettsäuren in einem Fettmolekül können dabei gleich oder verschieden sein. Das Fett kann ein synthetisches oder natürlich vorkommendes Fett, wie ein pflanzliches oder tierisches Fett sein. Das Fett kann ferner teilweise oder vollständig gehärtet sein wobei vollständig gehärtete Fette eine hervorragende Lagerstabilität aufweisen und nicht ranzig werden. Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn das fetthaltige Trennmittel eine gute Lagerstabilität und eine hohe Trennkraft aufweist sowie physiologisch unbedenklich ist. Ferner ist es günstig, wenn der Schmelzpunkt des Fettes oberhalb Raumtemperatur (ca. 18°C) liegt, z. B. bei 40°C oder höher, da dadurch eine bessere Wasserabweisbarkeit des erfindungsgemäßen Materials erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des im erfindungsgemäßen Material eingesetzten fetthaltigen Mittels weist dieses überwiegend Fett auf. Die Menge des Fettes im fetthaltigen Mittel beträgt günstigerweise mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt mindestens 94,5 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%, jeweils bezogen auf das fetthaltige Mittel. Das fetthaltige Mittel kann auch ganz aus Fett bestehen.

Das fetthaltige Trennmittel kann neben dem Fett oder den Fetten in geringen Mengen weitere Bestandteile enthalten, wie z. B. Öl, Wachs, wobei diese keine Fette sein sollen, oder Lecithin.

Vorzugsweise weist das fetthaltige Mittel folgende Zusammensetzung auf, wobei die Angaben in Gew.-% sich auf das fetthaltige Mittel beziehen: ca. 64,5 Gew.-% pflanzliches Fett, ca. 30,0 Gew.-% tierisches Fett und ca. 5,5 Gew.-% eines Gemisches aus Lecithin und einem Wachs, vorzugsweise Bienenwachs. Dieses fetthaltige Mittel zeichnet sich durch eine hervorragende Lagerstabilität, eine gute Trennkraft und physiologische Unbedenklichkeit aus. Es ist daher bestens für ein erfindungsgemäßes Mittel geeignet.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß mit diesen fetthaltigen Trennmitteln, insbesondere in den verwendeten Mengen, kein negativer Effekt auf die Struktureigenschaft des erfindungsgemäßen Materials ausgeübt wird. Die hervorragende mechanische Stabilität des Materials für Verpackungen wird also nicht negativ beeinflußt. Des weiteren werden auch die Geruchseigenschaften des Materials, trotz dieser hohen Mengen an Fett, die durch das fetthaltige Trennmittel in das erfindungsgemäße Material eingebracht werden, nicht negativ beeinflußt, d. h. das Verpackungsmaterial riecht selbst bei längerer Lagerung nicht unangenehm. Ferner ist eine Einfettung der zur Herstellung des erfindungsgemäßen Materials verwendeten Backform nicht notwendig und dennoch kann das Material gut aus der Backform entnommen werden. Dadurch ist es möglich, das ansonsten bei der Herstellung von biologisch abbaubaren Materialien für Verpackungen notwendige Einfetten der Backform mit einem flüssigen Trennmitttel einzusparen, wodurch zum einen die Herstellung ökonomischer wird und zum anderen kein Verkrusten der Backform durch das flüssige Trennmittel erfolgt. Weiterhin wurde gefunden, daß mit einem vorstehenden fetthaltigen Trennmittel auch erreicht wird, daß das erfindungsgemäße Material wasserabweisend ist.

Wie bereits vorstehend dargelegt wurde, liegt im erfindungsgemäßen Material ein Emulgator vor. Der Begriff "Emulgator" umfaßt dabei Verbindungen jeglicher Art, die amphiphil sind, d. h. eine lipohile und eine hydrophile Gruppe im Molekül aufweisen, wobei der Emulgator jedoch kein Fett ist. Günstigerweise besitzt der Emulgator einen Schmelzpunkt größer als Raumtemperatur, z. B. ca. 40 °C oder höher. Der Emulgator bewirkt, daß das ebenfalls im erfindungsgemäßen Material vorhandene fetthaltige Trennmittel homogen darin verteilt wird. Ferner hat es sich als günstig erwiesen, insbesondere dann, wenn das erfindungsgemäße Material als Verpackung für Lebensmittel verwendet wird, daß der Emulgator lebensmittelrechtlich zugelassen ist. Vorzugsweise ist der Emulgator ein Mono- oder Diglycerid von Speisefettsäuren, das mit einer Carbonsäure, wie Citronensäure, Mono- und Diacetylweinsäure, Milchsäure oder Essigsäure und Weinsäure verestert ist. Diese Emulgatoren sind unter der EWG-Nummer 472 zusammengefaßt. Beim Ausdruck "Speisefettsäuren" handelt es sich um einen auf dem Gebiet der Fette üblichen Ausdruck, so daß der einschlägige Fachmann weiß, welche Fettsäuren verwendet werden können. Der Emulgator kann ferner ein Fettalkoholethersulfat, ein Fettalkoholsulfat, vorzugsweise jeweils mit einem höheren Fettalkohol (ab 12 C-Atomen), ein Alkalimetallsalz einer höheren Fettsäure (Fettsäure mit 12 oder mehr Kohlenstoffatomen) sein, z. B. Natriumstearat. Der Emulgator kann auch ein Gemisch von zwei oder mehr der vorstehenden Emulgatoren sein.

Die Menge des Emulgators im erfindungsgemäßen Material beträgt 0,2 bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,8 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 Gew.-%, jeweils bezogen auf das erfindungsgemäße Material. Dabei war es überraschend, daß mit derartig geringen Mengen selbst noch große Mengen an fetthaltigem Mittel homogen in das erfindungsgemäße Material eingebracht werden können.

Überraschenderweise wird durch den Emulgator das erfindungsgemäße Material noch besser wasserabweisend. Des weiteren kann mit dem Emulgator auch die Trennwirkung verbessert werden, d. h. das erfindungsgemäße Material kann nach dem Backen des dem erfindungsgemäßen Material zugrundeliegenden Teiges noch leichter aus der Backform herausgenommen werden.

Des weiteren liegt im erfindungsgemäßen Material Wasser in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 6 bis 12 Gew.-%, jeweils bezogen auf das erfindungsgemäße Material, vor.

Bevorzugte erfindungsgemäße Materialien sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Zusammensetzung erfindungsgemäßer Materialien (in Gew.-%)

Das erfindungsgemäße Material zeichnet sich durch eine Vielzahl von Vorteilen aus. Zum einen besitzt es eine hohe mechanische Stabilität, die sogar bei geringen Dicken (Wandstärken) des Materials von ca. 2 mm noch sehr hoch ist. Diese hervorragende mechanische Stabilität wird insbesondere durch den hohen Anteil an cellulosehaltigen Fasern von bis zu 45 Gew.-% erreicht. Gleichzeitig ist die Flexibilität des erfindungsgemäßen Materials sehr hoch, was insbesondere überraschend ist, da ausgekühlte Stärke sehr spröde ist. Des weiteren ist das erfindungsgemäße Material bis zu 1 Stunde beständig gegenüber kaltem Wasser. Ferner können aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellte Gegenstände z. B. ein Gefäß und ein dazugehöriger Deckel, durch Befeuchten mit Wasser verklebt werden, wobei eine sehr gute Haftung der beiden Gegenstände aneinander erzielt wird. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Material nach DIN 54900 innerhalb von 28 Tagen nahezu vollständig biologisch abbaubar. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Material über eine lange Zeit lagerstabil, d. h. beim Lagern tritt keine Veränderung des erfindungsgemäßen Materials auf. Weiterhin besteht das Material überwiegend aus biologisch vorkommenden Rohstoffen und kann somit als "biologisches" Material bezeichnet werden. Schließlich muß das erfindungsgemäße Material nicht durch einen speziellen Konditionierungsschritt auf einen bestimmten Wassergehalt eingestellt werden.

Somit kann das erfindungsgemäße Material bestens als Material für Formkörper (d. h. Körper, die eine bestimmte Form aufweisen) jeglicher Art eingesetzt werden, z. B. als Einweggeschirr, als Fast-Food-Verpackung (Behälter für Hamburger und Pommes Frittes), als Verpackung, z. B. für Lebensmittel, wie trockene, feuchte, pastöse, frittierte Lebensmittel. Nach Aufbringen einer biologisch abbaubaren Sperrschicht auf das erfindungsgemäße Material kann dieses dann zur Aufnahme von flüssigen Lebensmitteln, wie Heißgetränke und Suppen dienen.

Der Formkörper kann dabei jegliche beliebige Form annehmen, z. B. die Form einer Schale, eines Tellers, eines Bechers, einer Platte. Weitere Beispiele an Formkörpern, die mit dem erfindungsgemäßen Material hergestellt werden können, sind in den Fig. 1 bis 4 dargestellt.

Des weiteren kann der Formkörper die Form einer Urne, wie sie für Feuerbestattungen verwendet wird, oder die Form einer Rakete, wie sie für Feuerwerkskörper eingesetzt wird, aufweisen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Materials für Verpackungen, insbesondere wie es vorstehend beschrieben wurde, bei dem zuerst eine backfähige Masse hergestellt wird, indem 7 bis 22 Gew.-% cellulosehaltige Fasern, 18 bis 36 Gew.-% Stärke, 0,1 bis 4,6 Gew.-% fetthaltiges Trennmittel, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Emulgator und 50 bis 60 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die backfähige Masse, gemischt werden und anschließend die backfähige Masse unter Ausbildung eines Formkörpers gebacken wird.

Der Begriff "backfähige Masse" weist auf Massen jeglicher Art hin, die gebacken d. h. durch Wasserdampf aufgeschäumt, werden können. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte backfähige Masse kann als weicher halbfester Teig bezeichnet werden.

Nach dem Backen kann ein Produkt (Material) erhalten werden, das die folgende Zusammensetzung aufweist:

• (a) 45 bis 72 Gew.-% Stärke,
• (b) 18 bis 45 Gew.-% cellulosehaltige Fasern,
• (c) 0,2 bis 10 Gew.-% fetthaltiges Trennmittel,
• (d) 0,05 bis 3,0 Gew.-% Emulgator und
• (e) 2 bis 15 Gew.-% Wasser.

Es kann sich also um das weiter oben genauer beschriebene erfindungsgemäße Material für Verpackungen handeln. Somit ist es vorteilhaft, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren für die Stärke, die cellulosehaltigen Fasern, das fetthaltige Trennmittel und den Emulgator die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Material eingesetzten Bestandteile verwendet werden.

Eine vorzugsweise im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Menge an Stärke beträgt 30 bis 32 Gew.-%, bezogen auf die backfähige Masse.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Menge an cellulosehaltiger Faser 10 bis 12 Gew.-%, bezogen auf die backfähige Masse.

Vorzugsweise beträgt das fetthaltige Trennmittel in der backfähigen Masse 0,1 bis 1,2 Gew.-%, wobei 0,3 bis 0,6 Gew.-% besonders bevorzugt sind.

Die bevorzugte Menge des im erfindungsgemäßen Verfahren in der backfähigen Masse eingesetzten Emulgators beträgt 0,03 bis 0,4 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 Gew.-%.

Das Wasser kann im erfindungsgemäßen Verfahren in der backfähigen Masse vorzugsweise in einer Menge von 54 bis 58 Gew.-% vorliegen.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, die cellulosehaltigen Fasern in Form eines Faservlieses einzusetzten. Hierzu werden die cellulosehaltigen Fasern in üblicher Weise zunächst zu einem Faservlies verarbeitet. Die Herstellung eines cellulosehaltige Fasern aufweisenden Faservlieses kann z. B. dadurch erfolgen, daß Zellstoffbahnen mit einer Hammermühle zerschlagen werden (aufgefasert werden), wobei Einzelfasern erhalten werden. Diese Zellstoff-Einzelfasern werden dann zu einem Faservlies verarbeitet, wie es z. B. in der Hygieneindustrie zur Herstellung von Watte für Damenbinden üblich ist. Für die weiteren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Faservlies flächig ausgebreitet werden, z. B. auf einem Förderband. Auf diesem auf dem Förderband ausgebreiteten Faservlies werden dann die übrigen Komponenten (a) und (c) bis (e) auf das Faservlies aufgebracht. Das Förderband kann dabei dazu dienen, das Faservlies zu den Stellen zu transportieren, an denen die Zugabe der übrigen Komponenten erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Stärke einen Teil native Stärke und einen Teil Kochstärke (Stärke, die in Wasser erhitzt (gekocht)) wurde. Das günstige Verhältnis von nativer Stärke zu Kochstärke liegt im Bereich 1,0 : 1 bis 4,0 : 1, vorzugsweise 2,5 : 1 bis 3,5 : 1, besonders bevorzugt ca. 3 : 1. Die Kochstärke kann sowohl den gesamten Wasseranteil des Teiges als auch den Emulgator, das fetthaltige Mittel und ggf. andere Additive enthalten. Die native Stärke und die chemisch und/oder physikalisch modifizierte Kochstärke können getrennt zu den cellulosehaltigen Fasern zugegeben werden.

Für die getrennte Zugabe der nativen Stärke und der Kochstärke hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wie folgt vorzugehen: In einem Kochkessel wird ein Gemisch hergestellt, indem das Wasser, das fetthaltige Mittel, der Emulagtor, ggf. weitere Additive und ein Teil der Stärke als native Stärke zusammengegeben und während 10 Minuten bis 1 Stunde, vorzugsweise 20 Minuten bis 40 Minuten, bei einer Temperatur von 60 °C bis 80 °C, vorzugsweise 64 °C bis 68 °C, erwärmt werden. Durch das Erwärmen des stärkehaltigen Gemisches im Kochkessel wird die native Stärke, die ursprünglich zugegeben wird, in verkleisterte Stärke (Kochstärke) umgewandelt. Letztendlich bedeutet dies, daß die cellulosehaltigen Fasern sowohl mit der verkleisterten Stärke in Form des vorstehend erläuterten Gemisches als auch mit der nativen Stärke, nämlich der restliche Teil der gesamten Stärke, gemischt werden.

Es kann zuerst die Kochstärke und dann die native Stärke zu den cellulosehaltigen Fasern zuzugeben werden. Es kann aber auch zuerst die native Stärke und dann die Kochstärke zugegeben werden. Liegen die cellulosehaltigen Fasern in Form eines Faservlieses, z. B. auf einem Förderband, vor, dann kann zuerst das vorstehend beschriebene, die Kochstärke aufweisende Gemisch auf das Faservlies aufgetragen werden, wodurch eine zweischichtiger Aufbau erhalten wird, auf den dann die native Stärke aufgebracht wird, z. B. durch Rieseln bzw. Streuen. Überraschend wurde nun gefunden, daß durch dieses Vorgehen eine genaue Zusammensetzung in kleinen Volumenelementen, die sich dann leicht zur backfähigen Masse verarbeiten lassen, gewährleistet wird.

Nach dem Zusammengeben der vorstehend genannten Bestandteile werden diese gemischt. Das Mischen der Bestandteile kann dabei in üblicher Weise erfolgen, beispielsweise durch Kneten mit einem Kneter, wie einen kontinuierlichen Kneter. Beim Kneten kann es zu einer Volumenreduktion von ca. 7 : 1 kommen, da die Fasern eine sehr geringe Dichte haben. Durch die Vorgabe der genauen Zusammensetzung in kleinen Volumenelementen wird das Kneten sehr erleichtert.

Die erhaltene backfähige Masse wird dann gebacken. Hierzu wird die backfähige Masse in eine Backform gegeben (dosiert) und während 0,5 Minuten bis 15 Minuten vorzugsweise 1 Minuten bis 3 Minuten und besonders bevorzugt 1,5 Minuten, bei einer Temperatur von 100 °C bis 300 °C, vorzugsweise 150 °C bis 220 °C und besonders bevorzugt 190 °C bis 200 °C in einer geschlossenen Backform erwärmt. Die Backform ist dabei in Abhängigkeit der Form des gewünschten Endproduktes ausgebildet, z. B. in Form einer Schale. Die Backform kann dabei durch mindestens zwei Backplatten, d. h. eine obere und eine untere Backplatte gebildet sein, die in einer Backzange aufgenommen sind, wobei die Innenoberfläche der Backplatten in einem geschlossenen verriegelten Zustand der Backform unter Bildung eines Formhohlraums beabstandet gehalten werden und der Formhohlraum durch die backfähige Masse ausgefüllt wird. Die Backform besitzt zum Ausleiten des Wasserdampfes speziell ausgeformte Ausdampföffnungen. Für die gleichzeitige Herstellung einer Mehrzahl von Formkörpern können auch eine Mehrzahl von Backzangen verwendet werden.

Das Dosieren der backfähigen Masse in die Backform kann mit Druckluft Förderschnecken, Pumpen oder durch Anlegen eines Vakuums erfolgen, wobei der Einsatz von Druckluft bevorzugt ist. Das Dosieren kann bei einer Temperatur bis zu 80 °C erfolgen.

Solche Vorrichtungen zum Backen basieren auf der an sich bekannten Technologie des Waffelbackens.

Beim Backen der backfähigen Masse wird das in dieser Masse enthaltene Wasser entfernt, wobei der Backvorgang günstigerweise so ausgelegt ist, daß der Restgehalt an Wasser in dem nach dem Backen erhaltenen Material kleiner als 5 Gew.-% ist. Durch das Entfernen des Wassers wird die Masse aufgeschäumt und die in der Masse enthaltene Stärke verkleistert, wodurch das weiter oben beschriebene erfindungsgemäße Material mit dem Stärke-Faser-Verbund erhältlich ist. Durch die Lagerung oder den normalen Gebrauch kann das erfindungsgemäße Material Wasser aus der Umgebung aufnehmen, so daß der Wassergehalt letzendlich 5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 6 bis 12 Gew.-% bezogen auf das gebackene Material, beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf: Durch die spezielle Zusammensetzung der backfähigen Masse werden die Fließfähigkeiten der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Backmasse deutlich verbessert, so daß es möglich ist, die an sich hoch viskose backfähige Masse durch Dosierpumpen exakt zu dosieren. Dadurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchzuführen. Ferner ist ein Einfetten der Backform nicht notwendig. Alle Formkörper, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, konnten rasch, kostengünstig und mit hervorragenden Materialeigenschaften hinsichtlich Formstabilität, Bruchfestigkeit und Elastizität, Gefügedichte und Oberflächenbeschaffenheit hergestellt werden. Durch die spezielle Zusammensetzung ist das erfindungsgemäße Material bereits direkt nach dem Backen mit einem Wassergehalt von weniger als 5 Gew.-% so hervorragend stabil, daß es sofort weiter verarbeitet oder gebraucht werden kann.

Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele von Formkörpern, die mit dem erfindungsgemäßen Material hergestellt werden können.

Fig. 1 zeigt einen Verpackungsformkörper 1 mit Boden- und Deckelteil 2, 3, die durch ein Scharnier 4 verbunden sind und z. B. zur verschließbaren Aufnahme von Lebensmitteln, auch im warmen Zustand, geeignet ist. Aufgrund er hohen Elastizität kann das aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellte Scharnier 4 mehrfach geöffnet und geschlossen werden. Dies ist um so mehr erstaunlich, da auf Stärke basierende Materialien gewöhnlich ausgesprochen spröde sind und leicht brechen.

Fig. 2 zeigt einen Formkörper 1 in Form einer Halbschale, der mit einem entsprechenden Gegenformkörper auch zu einer vollkommen geschlossenen Verpackung verbunden werden kann. Der schalenförmige Formkörper 1 weist eine Vielzahl von zylinderabschnittförmigen Vertiefungen 5 auf, wobei diese untereinander in einen längeren Abschnitt 6 und einen kürzeren Abschnitt 7 unterteilt sind und sich diese Anordnung symmetrisch, geteilt durch einen Mittelsteg 8 auf der anderen Seite des Formkörpers wiederholt. Seitliche "Füße" 9 erhöhen die Formstabilität und verbessern die Auflage und Stapelfähigkeit des Verpackungsformkörpers. Eine derartige Verpackungsschale kann z. B. zur Aufnahme von Kugelschreibern, Lippenstiften, Kosmetikartikeln, Bleistiften, Schreibgeräten, oder auch in der Pharmazie, z. B. zum Aufnehmen von Verpackungsröhrchen, verwendet werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen verhältnismäßig tiefe Verpackungskörper 1, wie sie z. B. als Blumentopf, Saatgutschale oder für sonstige Verpackungs- oder Umhüllungszwecke verwendet werden können.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele 1 bis 22 Herstellung erfindungsgemäßer Materialien

Backfähige Massen (Teige), deren Zusammensetzung in der Tabelle 2 angegeben sind, wurden wie folgt hergestellt:
In einem Kessel wurden die angegebenen Mengen an Wasser, Emulgator, fetthaltigem Mittel und den in Tabelle 2 als Kochstärke angegebenen Teil nativer Kartoffelstärke zusammengegeben und unter Rühren während ca. 30 Minuten bei ca. 65 °C erwärmt. Es wurde auf diese Weise Kochstärke erhalten, die weiterhin den Emulgator und das fetthaltige Mittel enthielt.

Aus Zellstoffasern, die eine Länge von 0,1 mm bis 3,0 mm und eine Breite von 0,01 bis 0,06 mm aufwiesen, wurde in üblicher Weise ein Zellstoffaservlies hergestellt.

Das Zellstoffaservlies wurde dann flächig ausgebreitet. Anschließend wurde auf dieses Zellstoffaservlies zuerst die vorstehend beschriebene Kochstärke aufgebracht, so daß eine Emulgator und fetthaltiges Mittel aufweisende Kochstärkeschicht auf dem Zellstoffaservlies ausgebildet wird. Auf die Kochstärkeschicht wurde dann die in Tabelle 2 angegebene Menge an nativer Stärke darüber gestreut. Die so gewonnene Zusammensetzung wurde nachfolgend in einen Kneter eingebracht und darin gründlich geknetet, um die Bestandteile zu vermischen, wodurch ein backfähige Masse (Teig) erhalten wurde.

Der Teig wurde dann in eine Backform gegeben und bei ca. 195°C während ca. 90 Sekunden gebacken.

Auf diese Weise wurden erfindungsgemäße Materialien erhalten, die aus überwiegend nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und sehr schnell biologisch abbaubar waren. Ferner wiesen diese Materialien eine hohe mechanische Stabilität bei einer Wandstärke von ca. 2 mm bei gleichzeitiger guter Flexibilität auf und waren gegen kaltes Wasser bis zu 1 Stunde beständig.

Claims (26)

1. Biologisch abbaubares Material für Verpackungen, umfassend:

• (a) 45 bis 72 Gew.-% Stärke,
• (b) 18 bis 45 Gew.-% cellulosehaltige Fasern,
• (c) 0,2 bis 10 Gew.-% fetthaltiges Trennmittel
• (d) 0,05 bis 3,0 Gew.-% Emulgator und
• (e) 2 bis 15 Gew.-% Wasser.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke Kartoffelstärke, Maisstärke, eine andere pflanzliche Stärke oder ein Gemisch verschiedener Stärken ist.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke in einer Menge von 58 bis 66 Gew.-%, bezogen auf das Material, vorliegt.

4. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die cellulosehaltigen Fasern Zellstoffasern sind.

5. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die cellulosehaltigen Fasern eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 3,0 mm aufweisen.

6. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die cellulosehaltigen Fasern eine Breite im Bereich von 0,01 mm bis 0,06 mm aufweisen.

7. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die cellulosehaltigen Fasern in einer Menge von 20 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Material, vorliegen.

8. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fetthaltige Trennmittel in einer Menge von 0,2 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Material, vorliegt.

9. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das fetthaltige Mittel überwiegend Fett aufweist.

10. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fetthaltige Trennmittel weiterhin mindestens eine Komponente, ausgewählt aus Öl, Wachs und Lecithin aufweist.

11. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator ein Mono- oder Diglycerid von Speisefettsäuren, der mit einer Carbonsäure verestert ist, ein Fettalkoholethersulfat, ein Fettalkoholsulfat oder ein Alkalimetallsalz einer höheren Fettsäure ist.

12. Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbonsäure Citronensäure, Mono- und Diacetylweinsäure, Weinsäure, Milchsäure oder Essigsäure und Weinsäure ist.

13. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator in einer Menge von 0,05 bis 0,8 Gew.-%, bezogen auf das Material, vorliegt.

14. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einer Menge von 6 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Material, vorliegt.

15. Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Materials für Verpackungen, bei dem eine backfähige Masse hergestellt wird, indem 7 bis 22 Gew.-% cellulosehaltige Fasern, 18 bis 36 Gew.-% Stärke, 0,1 bis 4,6 Gew.-% fetthaltiges Trennmittel und 0,03 bis 1,5 Gew.-% Emulgator und 50 bis 60 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die backfähige Masse, gemischt werden und anschließend die backfähige Masse unter Ausbildung eines Formkörpers gebacken wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die cellulosehaltigen Fasern in Form eines Faservlieses eingesetzt werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke native Stärke und Kochstärke umfaßt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von nativer Stärke zu Kochstärke im Bereich von 1 : 1 bis 4 : 1 liegt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die native Stärke und die Kochstärke getrennt zu den cellulosehaltigen Fasern zugegeben werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kochstärke das fetthaltige Trennmittel und/oder den Emulgator enthält.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Kochstärke und dann die native Stärke zur cellulosehaltigen Faser zugegeben werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Backen bei einer Temperatur von 100 °C bis 300 °C durchgeführt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Backen während 0,5 Minuten bis 15 Minuten erfolgt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Backen in einer geschlossenen Form unter Druckerhöhung infolge des Ausdampfens von Wasser stattfindet.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen durch Kneten erfolgt.

26. Verwendung des Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Verpackungsmaterial.