DE19852055B4 - Werkstoff aus natürlichen Polymeren - Google Patents

Abstract

Werkstoff, bestehend aus einem natürlichen Polymer oder aus einem Polymer-Blend mit wenigstens einem natürlichen Polymer sowie Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zusatzstoffe native Öle und/oder Wachse zur Desodorisierung enthält.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Werkstoff, bestehend aus einem natürlichen Polymer oder aus einem Polymer-Blend mit wenigstens einem natürlichen Polymer sowie Zusatzstoffen.
• Formteile, Gebrauchsgegenstände und Industriegüter werden gegenwärtig meist auf der Basis synthetischer Polymere hergestellt. Da aus synthetischen Polymeren bestehende Kunststoffe in vielen Fällen zur Herstellung von kurzlebigen Wirtschaftsgütern eingesetzt werden und das Recycling insbesondere aufgrund der mit großen Schwierigkeiten verbundenen Trennung der verschiedenen Kunststoffe mit erheblichen Kosten verbunden ist, ergibt sich der Wunsch nach einer Substitution synthetischer durch natürliche Kunststoffe. Dieser Wunsch wird einerseits durch die steigenden, bei der Verbrennung synthetischer Kunststoffe entstehenden CO₂-Emissionen und andererseits durch die Begrenztheit der Erdölreserven, aus denen die Grundstoffe der Kunststoffsynthese gewonnen werden, verstärkt. Demgegenüber zeichnen sich aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnene natürliche Polymere durch eine ökologisch neutrale CO₂-Bilanz aus, was bedeutet, daß bei Verbrennung der natürlichen Polymere der Atmosphäre nicht mehr CO₂ zugeführt wird, als ihr beim Wachstum der Rohstoffe entzogen wurde. Des weiteren sind insbesondere biologisch abbaubare bzw. kompostierbare natürliche Polymere von vorrangigem Interesse, da diese im Vergleich mit den meisten synthetischen Polymeren in einem wesentlich kürzeren Zeitraum und in der Regel rückstandslos abgebaut werden.
• Viele aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnene natürliche Polymere, wie beispielsweise Lignin, Kollagen, Keratin, Casein oder Chitin, sind aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften als einzelne Komponente, mit Hilfsstoffen, wie Weichmachern, Antioxidantien etc. versetzt oder in einem Polymer-Blend zusammen mit weiteren natürlichen und/oder synthetischen Polymeren mittels bekannter thermoplastischer Verarbeitungsverfahren, wie Extrudieren, Spritzgießen verarbeitbar und eignen sich daher insbesondere als Substituenten für synthetische Polymere.
• Ein natürliches Polymer mit im Vergleich mit anderen Naturpolymeren besonders guten Werkstoffeigenschaften ist beispielsweise das Lignin, welches sich durch eine vergleichsweise hohe Festigkeit, Steifigkeit, Schlagzähigkeit sowie durch eine hohe Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung auszeichnet. Weiterhin ist Lignin ein geeignetes Dämmittel zur Wärme- und Schallisolierung. Lignin ist ein hochmolekulares polyphenolisches Makromolekül, das in verholzenden Pflanzen die Räume zwischen den Zellmembranen ausfüllt und zu Holz werden läßt, wobei ein Misch körper aus druckfestem Lignin und zugfester Cellulose entsteht.
• Kunststoffe auf der Grundlage natürlicher Polymere bzw. durch Oxidation, Enzymbehandlungen modifizierter natürlicher Polymere, wie Duroplaste aus Casein oder Thermoplaste aus Cellulosenitraten, -acetaten, -estern und -ethern, sind bereits bekannt.
• Aus DE 197 00 902 A1 , DE 197 00 903 A1 , DE 197 00 905 A1 , DE 197 00 907 A1 und DE 197 01 015 A1 ist ein Zwischenprodukt für die Herstellung von Polymerisaten aus Ligninderivaten, wie sie in der Zellstoffindustrie anfallen, bekannt, wobei die Ligninderivate mit phenoloxidierenden Enzymen in Gegenwart von Oxidationsmitteln, wie Sauerstoff, umgesetzt werden. Das Zwischenprodukt wird als Beschichtungsmittel für die Herstellung wasserfester Papiere und Pappen, als Bindemittel für Stärke zur Herstellung wasserfester Stärkederivate, als Dämmaterial, als eine Komponente eines mit pflanzlichen Fasern angereicherten Verbundwerkstoffes, als Beschichtungsmittel oder als Bindemittel zur Herstellung von Holzspanplatten eingesetzt.
• Der EP 0 720 634 B1 ist ein aus Alkali-Lignin und Proteinen bzw. Proteinderivaten hergestelltes verrott- und kompostierbares Naturstoffgranulat entnehmbar, welches aus einer stereochemischen Modifikation durch Behandlung mit organischen Säuren, insbesondere Essigsäure, hervorgeht und thermoplastisch verarbeitbar ist.
• Nachteilig bei fast allen natürlichen Polymeren ist insbesondere, daß sie nicht geruchsneutral sind, was einer Anwendung von aus Naturpolymeren bestehenden Wirt schaftsgütern im Innenraum häufig im Wege steht. Dem kann zwar beispielsweise durch Blending mit synthetischen Polymeren entgegengesteuert werden, jedoch verhalten sich derartige, aus einem aus synthetischen und natürlichen Polymeren bestehenden Blend mit steigendem Anteil an synthetischen Komponenten einerseits nicht CO₂-neutral und kann andererseits eine Geruchsneutralität nur mit relativ hohen Anteilen an synthetischen Komponenten erreicht werden. Um von natürlichen Polymeren ausgehende Geruchsemissionen zu verhindern, ist es bekannt, Formteile aus natürlichen Polymeren, z.B. mittels einer Lackschicht, zu versiegeln. Dies ist einerseits teuer und andererseits nur so lange effektiv, so lange die Lackschicht nicht beschädigt wird bzw. die Geruchsstoffe nicht durch die Lackschicht hindurch diffundieren können. Weiterhin stellen solche Lacke aufgrund der oft gesundheitsschädlichen organischen Lösungsmittel eine zusätzliche Umweltbelastung dar und ist ein mit einer Lackschicht versehenes Formteil aufgrund mangelnder Sorteneinheit nur bedingt recycelbar.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ganz oder zumindest teilweise aus natürlichen Polymeren bestehenden Werkstoff der eingangs genannten Art unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile dahingehend weiterzubilden, daß er sich geruchsneutral verhält.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Werkstoff der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß er als Zusatzstoffe native Öle und/oder Wachse zur Desodorisierung enthält.
• Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch den erfindungsgemäßen Zusatz nativer Öle und/oder Wachse die Geruchsemission natürlicher Polymere gedämpft wird. In den meisten Fällen bewirkt dies sogar eine Verringerung der Geruchsemission bis hin zur vollständigen Eindämmung, indem die in natürlichen Polymeren enthaltenen flüchtigen niedermolekularen Komponenten gebunden werden, so daß eine Versiegelung eines mit nativen Ölen oder Wachsen versetzten, aus natürlichen Polymeren bestehenden Werkstoffs, beispielsweise mittels einer Lackierung, nicht erforderlich ist.
• Der erfindungsgemäße Werkstoff besteht aus ökologischen Gründen bevorzugt aus einem oder mehreren natürlichen Polymeren. Er kann aber auch aus einem Polymer-Blend aus natürlichen und synthetischen Polymeren bestehen. Durch die Kombination unterschiedlicher Polymere ist es beispielsweise möglich, die erwünschten Werkstoffeigenschaften einer Polymerkomponente hervorzuheben, während die unerwünschten Werkstoffeigenschaften der Komponente je nach Mischungsverhältnis bis zu einem gewissen Grad von der anderen Komponente kompensiert werden können. Hierdurch ist eine Fertigung von Werkstoffen möglich, deren Eigenschaften gezielt auf den jeweiligen technischen Verwendungszweck eingestellt werden können.
• In vielen Fällen ist es ausreichend, wenn der erfindungsgemäße Werkstoff lediglich oberflächlich mit nativen Ölen oder Wachsen behandelt, z.B. besprüht, benetzt, bestrichen ist. Der Werkstoff kann aber auch im wesentlichen homogen mit nativen Ölen oder Wachsen versetzt sein, die dem plastifizierten Polymer z.B. während der Extrusion zugesetzt werden können. In letztgenanntem Fall wirken die erfindungsgemäßen Öle oder Wachse zusätzlich als Weichmacher, die lediglich aufgrund ihrer Lösungs- bzw. Quellmitteleigenschaften ohne chemische Reaktion mit dem Polymer in physikalische Wechselwirkung treten und ein homogenes System mit diesem bilden. Dadurch verleihen sie dem natürlichen Polymer bessere physikalische Eigenschaften, z.B. eine niedrigere Schmelztemperatur, ein erhöhtes Formveränderungsvermögen, erhöhte elastische Eigenschaften, eine geringere Sprödigkeit, sowie gegebenenfalls ein erhöhtes Haftvermögen. Somit kann durch den Zusatz nativer Öle und/oder Wachse z.B. die Extrusionstemperatur merklich gesenkt werden, da diese, wie bereits erwähnt, den Schmelz- bzw. den Fließübergangsbereich der Polymere absenken, so daß das Polymer bei der Verarbeitung thermisch weniger beansprucht wird. Ein mit nativen Ölen oder Wachsen versetztes natürliches Polymer stellt darüber hinaus einen hochwertigen, vollständig aus Naturstoffen aufgebauten Werkstoff dar, der umweltfreundlich und leicht biologisch abbaubar bzw. verrottbar ist.
• In einer bevorzugten Ausführung enthält der Werkstoff etherische Öle, wie z.B. Anis-, Campher-, Citronell-, Eukalyptus-, Fichtennadel-, Geranium-, Lavendel-, Lemongras-, Nelken-, Neroli-, Patchouli, Petitgrain-, Pfefferminz-, Rosen-, Rosmarin-, Sandelholz-, Sassafras-, Spik-, Zimtöl. Etherische Öle bestehen im wesentlichen aus leicht flüchtigen Alkoholen, Aldehyden, Ketonen, Estern, Lactonen, schwefel- und stickstoffhaltigen Verbindungen sowie Kohlenwasserstoffen und bewirken in den meisten Fällen eine völlige Eindämmung der Geruchsemissionen natürlicher Polymere. Bevorzugt enthält der Werkstoff solche etherischen Öle, die Menthol und/oder Mentholderivate enthalten, wie insbesondere japanisches Pfefferminzöl.
• In weiterhin bevorzugter Ausführung enthält der Werkstoff fette pflanzliche Öle, wie z.B. Raps-, Distel-, Sonnenblumen-, Hanföl. Fette pflanzliche Öle bestehen im wesentlichen aus höhermolekularen Fettsäuren, wie Glyceride, und bewirken ebenfalls eine Verringerung der Geruchsemission natürlicher Polymere, die vermutlich auf Adsorptionseffekten der niedermolekularen flüchtigen Bestandteile der Naturpolymere beruht.
• Der gleiche Effekt kann durch Zusatz nativer Wachse erreicht werden, wobei pflanzliche Wachse, wie z.B. Candelilla-, Carnauba-, Japan-, Espartogras-, Kork-, Guaruma-, Reiskeimöl,- Zuckerrohr-, Ouricury-, Montanwachs, tierische Wachse, wie z.B. Bienen- oder Schellack-Wachs, Walrat, Lanolin, aber auch chemisch modifizierte native Wachse, wie z.B. Montanester-, Sasol-, Jojobawachse verwendet werden können.
• Der erfindungsgemäße Werkstoff kann weiterhin synthetische Verstärkungsfasern (z.B. Glas-, Polyamid-, Aramid- oder Kohlefasern) sowie natürliche Verstärkungsfasern (z.B. Flachs-, Sisal-, Cellulose-, Holz-, Miscanthus- oder Hanffasern) enthalten, welche dem Werkstoff eine höhere Zugfestigkeit verleihen. Aufgrund der CO₂-Neutralität ist die Verwendung natürlicher Verstärkungsfasern und aufgrund der hohen Zugfestigkeit insbesondere die Verwendung von Hanffasern bevorzugt, welche z.B. während dem Plastifizieren des Polymers oder der Polymere direkt einem Extruder zugesetzt werden können.
• Enthält der erfindungsgemäße Werkstoff als natürliches Polymer Lignin, so verleiht ihm der Ligninanteil einen für viele Verwendungszwecke erwünschten holzähnlichen Charakter. Ein derartiger geruchsneutraler Werkstoff eignet sich beispielsweise für Möbel oder Fußbodenbeläge und aufgrund der hohen UV- und Feuchtebeständigkeit des Lignins auch für Gartenmöbel. Der Werkstoff kann zur Herstellung von Elektrogehäusen, wie Fernseh-, Radio-, Computer-, Lautsprecher- oder Telefongehäusen, verwendet werden. Er kann beispielsweise auch lackiert oder furniert sein. Der erfindungsgemäße Werkstoff eignet sich je nach Wahl des natürlichen Polymers bzw. der Blend-Partner auch als Ersatz für bekannte synthetische Kunststoffe oder synthetische Kunststoffwerkstoffe.
• Ein Verfahren zur Herstellung eines Granulats aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff sieht in einer bevorzugter Ausführung vor, daß ein natürliches Polymer oder ein Polymer-Blend mit wenigstens einem natürlichen Polymer beispielsweise mittels eines Extruders plastifiziert und granuliert wird, wobei während dem Platifizieren native Öle und/oder Wachse zugesetzt werden. In diesem Fall ist der Werkstoff im wesentlichen homogen mit nativen Ölen oder Wachsen versetzt, was den Vorteil hat, daß diese zusätzlich zur Desordorisierung die physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs verbessern, z.B. die Schmelztemperatur erniedrigen oder als Weichmacher wirken.
• Eine weitere bevorzugte Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Granulats aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff sieht vor, daß ein natürliches Polymer oder ein Polymer-Blend mit wenigstens einem natürlichen Polymer beispielsweise mittels eines Extruders plastifiziert und granuliert wird, wobei während und/oder nach dem Granulieren native Öle und/oder Wachse zugesetzt werden. In diesem Fall ist der erfindungsgemäße Werkstoff nur oberflächlich mit nativen Ölen oder Wachsen behandelt, wobei das fertige Granulat beispielsweise mit nativen Ölen und/oder plastifizierten nativen Wachsen besprüht werden kann.
• In beiden Fällen können dem plastifizierten Polymer oder Polymer-Blend Verstärkungsfasern zugesetzt werden, welche beispielsweise während dem Plastifizieren der Polymere direkt einem Extruder zugesetzt werden können.

Claims (15)

1. Werkstoff, bestehend aus einem natürlichen Polymer oder aus einem Polymer-Blend mit wenigstens einem natürlichen Polymer sowie Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zusatzstoffe native Öle und/oder Wachse zur Desodorisierung enthält.
2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er etherische Öle enthält.
3. Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Menthol und/oder Mentholderivate enthält.
4. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er fette pflanzliche Öle enthält.
5. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er pflanzliche Wachse enthält.
6. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er tierische Wachse enthält.
7. Werkstoff nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß er chemisch modifizierte native Wachse enthält.
8. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er Verstärkungsfasern enthält.
9. Werkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er natürliche Verstärkungsfasern enthält.
10. Verwendung eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Ersatz für Holz- oder Holzwerkstoffe.
11. Verwendung eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Ersatz für synthetische Kunststoffe oder synthetische Kunststoffwerkstoffe.
12. Verfahren zur Herstellung eines Granulats aus einem Werkstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein natürliches Polymer oder ein Polymer-Blend mit wenigstens einem natürlichen Polymer beispielsweise mittels eines Extruders plastifiziert und granuliert wird, wobei während dem Plastifizieren native Öle und/oder Wachse zugesetzt werden.
13. Verfahren zur Herstellung eines Granulats aus einem Werkstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein natürliches Polymer oder ein Polymer-Blend mit wenigstens einem natürlichen Poly mer beispielsweise mittels eines Extruders plastifiziert und granuliert wird, wobei während und/oder nach dem Granulieren native Öle und/oder Wachse zugesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat mit nativen Ölen und/oder plastifizierten nativen Wachsen besprüht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem plastifizierten Polymer oder Polymer-Blend Verstärkungsfasern zugesetzt werden.