DE3920621A1 - Formmasse auf der basis von staerkeether zur ausformung biologisch abbaubarer formteile - Google Patents
Formmasse auf der basis von staerkeether zur ausformung biologisch abbaubarer formteileInfo
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Description
Formmasse auf der Basis von Stärkeether zur Ausformung
biologisch abbaubarer Formteile.
Es ist bekannt, daß aus Stärke, insbesondere aus der linearen
Komponente der Stärke, der Amylose, Filme und
thermoplastische Formteile herstellbar sind. Weiterhin ist
bekannt, daß aus modifizierten Stärken, insbesondere
speziellen Stärkeethern Filme und Formteile herstellbar
sind, die häufig verbesserte Gebrauchseigenschaften
aufweisen. So lassen sich z.B. flexiblere Filme und Formteile
aus Stärkeethern herstellen. Hierbei wird von festen,
isolierten Stärkeethern ausgegangen.
Stärkeether sind formal Reaktionsprodukte zwischen
Hydroxylgruppen der Glucoseeinheiten der Stärkemoleküle und
alkoholischen Hydroxylgruppen anderer Verbindungen. Besonders
geeignet zur Herstellung flexibler Filme sind Formteile aus
Hydroxyethyl- und Hydroxypropylstärkeethern.
Die Einführung von Hydroxyethyl- oder Hydroxypropylgruppen in
das Stärkemolekül geschieht durch Einwirkung der
entsprechenden Alkylenoxide auf Stärke in wäßrigem Alkali,
ebenso eignen sich Chlorhydrine, wie z.B. Ethylenchlorhydrin
und Epichlorhydrin. Die Bedingungen zur Herstellung von
oxethylierten Stärken werden in zahlreichen Patentschriften
umrissen, jedoch werden nur selten genaue Einzelheiten
offengelegt.
Die Einführung von Hydroxyethyl- und -propylgruppen in das
Stärkemolekül wirkt sich in starkem Maße auf die
Verkleisterungseigenschaften der Stärken aus. Die Kleister
zeigen größere Klarheit, und die Retrogradationstendenz bei
der Abkühlung und Alterung ist wesentlich geringer als bei
den Ausgangsstärken.
Die Flexibilitätsverbesserung und die Verbesserung der
anderen, durch Veretherung erreichbaren, positiven
Materialeigenschaften ist proportional zum Veretherungsgrad.
Dabei wird jedoch der Naturstoffcharakter der Stärke mit
zunehmender Veretherung abgebaut.
Ein anderer Weg die Werkstoffeigenschaften zu verändern ist
der Gebrauch von geeigneten Additiven. Die Anzahl positiv
erprobter Additive ist dabei beschränkt. Vorzugsweise werden
Polyole wie z.B. Glycol und Glycerin eingesetzt.
Die Erfindung beschreitet den Weg, abbaubare und
umweltverträgliche Werkstoffe mit hohen Gebrauchswert durch
Kombination von Stärkeveretherung und Additivzusatz zu
erreichen. Von besonderem Vorteil hat sich als
Additivierungsmittel oxethylierte Verbindungen, insbesondere
Zitronensäure, als besonders geeignete Stärken haben sich
amylosereiche und Amylosestärken erwiesen.
Überraschenderweise lassen sich erfindungsgemäß Mischungen
von Stärke und Zitronensäure gleichzeitig in einer Ein-Topf-
Reaktion bei Einhaltung geeigneter Reaktionsbedingungen
vorteilhaft und wenig aufwendig mit den entsprechenden
Epoxiden, insbesondere Ethylenoxid chemisch umsetzen und
damit Grundmassen für Folien- und Formteilherstellung
gewinnen. Auf diese Art lassen sich Grundmassen erzeugen,
die selbst bei niedrigem Oxethylierungsgrad gute
Gebrauchseigenschaften ausweisen. Durch den niedrigen
Oxethylierungsgrad wird zudem erreicht, daß der
Stärkegewichtsanteil und der Zitronensäuregewichtsanteil in
den Grundmassen besonders hoch ist, und damit Produkte aus
kaum veränderten Naturstoffen erzeugt werden können. Da
Epoxide im Vergleich zur Stärke und zur Zitronensäure die
teuereren Rohstoffkomponenten darstellen, ist das
erfindungsgemäße Verfahren auch aus dieser Sicht dem Stand
der Technik erheblich überlegen.
Von besonderem Vorteil ist weiterhin, daß die Eigenschaften
der Grundmassen und damit der zu erzeugenden Endprodukte
gezielt durch Variation der Epoxidzugabe verändert werden
können.
Die Erfindung wird in den Beispielen näher erläutert. Hierbei
handelt es sich um Vergleichsbeispiele, eine
Reaktionsoptimierung wurde nicht vorgenommen.
8,1 g (0,05 M) Amylose und 0,96 g (0,005 M) Zitronensäure,
gelöst in 5 ml dest. Wasser, werden mit 25 ml dest. Wasser
verrieben, in 200 ml 1 n Natronlauge aufgeschlämmt und unter
Inertgas (Stickstoff) bis zur vollständigen Lösung gerührt.
In die klare, stark viskose Lösung wird mit Hilfe eines
Einleitungsrohres unter dauerndem Rühren im Laufe von 2
Stunden 18,5 g (0,42 M) Ethylenoxid eingeleitet. Nach etwa
12 Stunden Stehen bei Raumtemperatur wird das
Reaktionsgemisch mit Salzsäure neutralisiert und gegen
destilliertes Wasser dialisiert. Zur Herstellung von Filmen
wird die Lösung eingeengt, auf eine geeignete Unterlage
gegossen und getrocknet. Andere Formteile werden aus der
festen Masse, die aus der oben beschriebenen Lösung mit Aceton
ausgefällt werden kann, hergestellt.
Eigenschaften der Folie 1: klar und transparent, sehr schnell
wasserlöslich, sehr weich, leicht klebrig, hochflexibel und
dehnbar.
Im Vergleich zur Folie 1 sind Folien aus einer niedrig
substituierten Hydroxyethylstärke (Substitutionsgrad ca.
0,1-0,3) und 10% Zitronensäureethylenoxid-addukt als
Weichmacherzusatz wesentlich härter, kaum flexibel und z.T.
noch spröde, aber ebenso klar und transparent.
Nach bekannter Vorgehensweise und analog Beispiel 1 werden
8,1 Amylose (0,05 M) mit der 8fachen der theoretisch
notwendigen Menge Ethylenoxid (0,4 M) zur Reaktion gebracht.
Das isolierte Stärkeprodukt weist dann einen relativ hohen
Oxethylierungsgrad von ca. 1 auf. Aus dieser Grundmasse
hergestellte Folien sind weich, flexibel und dehnbar, aber
nicht klebrig wie vergleichsweise Folie 1.
Es ist daher bei der Oxethylierung von Amylose und
Zitronensäure in einer Ein-Topf-Reaktion möglich, die teure
Ethylenoxidmenge wesentlich zu reduzieren und trotzdem eine
Grundmasse zu erhalten aus der hochflexible, dehnbare, aber
nicht zu spröde und/oder zu klebrige Folien herstellbar
sind. Das Eigenschaftsprofil der Folien kann wahlweise
durch die Ethylenoxidmenge und durch das Verhältnis von
Zitronensäure zu Amylose verändert werden. Weitere Beispiele
hierzu folgen.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse auf der Basis
von Stärke und einem Weichmacher-Ausgangsprodukt, da
durch gekennzeichnet,
daß die Stärke und das Weichmacher-Ausgangsprodukt gleich
zeitig in ein und demselben Reaktionsgefäß mit Ethylenoxid
umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet,
daß nach der Umsetzung mit dem Ethylenoxid Salze und/oder
das Lösungsmittel Wasser entfernt werden.
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