DE60026747T2

DE60026747T2 - Bioabbaubare Blöcke für Modelle

Info

Publication number: DE60026747T2
Application number: DE60026747T
Authority: DE
Inventors: Nobuo Okazaki-shi Miyachi
Original assignee: Japan Corn Starch Co Ltd
Current assignee: Japan Corn Starch Co Ltd
Priority date: 2000-01-02
Filing date: 2000-01-03
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2020-01-04
Also published as: EP1113022A1; DE60026747D1; JP4601111B2; JP2001192401A; EP1113022B1; ATE321070T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Modelle, welche aus einem bioabbaubaren Kunststoffmaterial hergestellt sind, das ein bioabbaubares Basispolymer umfasst, welches einen Stärkeester oder ein Gemisch aus einem Stärkeester und einem Celluloseester umfasst.
Mit dem Begriff Modell, auf den hier Bezug genommen wird, ist ein zur Herstellung von Endprodukten zu verwendendes sogenanntes Mustermodell gemeint, was zum Beispiel Prototypen, Grundmodelle, Formgebungsmodelle, Designmodelle, Gussmodelle, Handwerksmodelle, Kopiervorlagen und Modelle zum Befestigen von Bändern in NC-Maschinensystemen beinhaltet.
Der Substitutionsgrad (DS), auf welchen hier Bezug genommen wird, zeigt einen Veresterungsgrad eines Polymeresters an, welcher durch einen Mittelwert (meistens beträgt der DS bis zu 3) substituierter Hydroxylgruppen je Glucoserest in einem Polymerester dargestellt wird. Dieser DS-Wert wird durch ein Verfahren ermittelt, welches sich auf die folgende Druckschrift bezieht:
R. L. Whistler, Hrsg., „Method in Carbohydrate Chemistry", Bd.III-Cellulose, Academic Press, Inc., New York, S. 201 bis 203 (1964)
In letzter Zeit werden Modelle wie die oben erwähnten aus einem Kunststoffblock statt aus herkömmlichem Holz und Ähnlichem hergestellt, weil Kunststoffblöcke keine Beachtung der Kornausrichtung, der Hygroskopie und anderer Punkte erfordern. Um solche Modelle herzustellen, werden im Allgemeinen Kunststoffblöcke mit Handwerkzeugen wie Meißeln, Hobeln, Sägen, Feilen und Raspeln, oder mit maschinellen Werkzeugen wie NC-Maschinen und Drehmaschinen, geschnitten oder bearbeitet.
Um deren erforderliche Eigenschaften zu gewährleisten, müssen Kunststoffblöcke für solche Modelle eine gute manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit und auch vorgegebene mechanische Eigenschaften (z.B. Formbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Festigkeit) aufweisen. Es wird deswegen gesagt, dass nichts außer wärmehärtbaren Kunststoffen mit Leichtigkeit diesen Anforderungen genügen kann, verwendet werden zum Beispiel ungesättigte Polyesterharze, Phenolharze, Epoxidharze und Polyurethanharze.
Andererseits steigt in letzter Zeit aus Gesichtspunkten des Sparens natürlicher Rohstoffe und des Umweltschutzes ein Bedarf für bioabbaubare Kunststoffe, insbesondere für jene der Industrieabfälle, welche dem Recycling zugänglich sind oder welche nicht die Umwelt verschmutzen, wenn sie weggeworfen werden.
Im Allgemeinen werden die für die Modelle zu verwendenden wärmehärtbaren Kunststoffe, welche sich von thermoplastischen Kunststoffen unterscheiden, sogar unter Hitze nicht plastifiziert, sondern würden unter Hitze nur zersetzt, und es ist schwierig, sie wiederzugewinnen und dem Recycling zuzuführen.
Deswegen werden die Modelle, die aus solchen wärmehärtbaren Kunststoffen hergestellt sind, derzeit als Industrieabfälle weggeworfen, nachdem sie solange benutzt worden sind, bis sie nutzlos geworden sind, und enden somit schließlich in Verbrennungsanlagen oder auf Deponien.
Wo diese jedoch verbrannt werden, geben sie eine große Verbrennungswärme ab und beschädigen die Verbrennungsanlagen und erzeugen außerdem häufig viel Ruß und Rauch, da sie aus wärmehärtbarem Kunststoff hergestellt sind. Wenn andererseits erwünscht ist, dass diese auf Deponien lagern, dann reicht der Platz für die Deponien nicht aus, und außerdem zersetzen sie sich nicht, zumindest halbpermanent, so dass sie schließlich negative Einflüsse auf Bodenorganismen usw. haben.
In dieser Situation sind nun bioabbaubare Kunststoffe erwünscht, welche frei von den Problemen mit den Kunststoffen sind, insbesondere wärmehärtbaren Kunststoffen, welche weggeworfen werden sollen. Bioabbaubare Kunststoffe können in Aufbereitern für Küchenabfall oder Kompostierern kompostiert werden. Außerdem werden sie, sogar wenn sie auf Deponien geworfen werden, im Boden zersetzt, fast ohne einen negativen Einfluss auf Bodenorganismen und andere in den Deponien zu haben.
Bioabbaubare Kunststoffe, welche derzeit kommerziell erhältlich sind, sind zum Beispiel Polyester, die von Mikroorganismen erzeugt werden (z.B. Polyhydroxybutyrat/-valerat), und synthetische Kunststoffe wie lineare aliphatische Polyester, Polycaprolactone, Polymilchsäuren und Stärke-Polyvinylalkohol-Legierungen.
Es wird jedoch gesagt, dass viele solche kommerziell erhältlichen bioabbaubaren Kunststoffe wegen ihrer schlechten physikalischen Eigenschaften unvorteilhaft für die Verwendung in Blöcken für Modelle sind. Insbesondere ihre Bearbeitbarkeit mit Handwerkzeugen oder maschinellen Werkzeugen ist schlecht. Sie sind schwierig mit Handwerkzeugen zu schneiden und zu bearbeiten; und wenn sie mit maschinellen Werkzeugen bearbeitet werden, dann werden ihre Schnittflächen teilweise geschmolzen, und es ist schwierig, Produkte mit gut geschnittenen Flächen (gut abgeschlossenen Flächen) zu erhalten.
Aus diesen Gründen wird auf dem Fachgebiet die Entwicklung von bioabbaubaren Kunststoffen sowohl mit guter manueller und maschineller Bearbeitbarkeit als auch mit guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften angestrebt, welche für die Verwendung in Blöcken für Modelle geeignet sind, während sie natürlicherweise eine gute Bioabbaubarkeit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, bioabbaubare Modelle bereitzustellen, welche eine gute manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit aufweisen, und welche gute mechanische Eigenschaften aufweisen, während sie natürlicherweise eine gute Bioabbaubarkeit aufweisen.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass geformte Produkte aus veresterten Stärken leicht mit Handwerkzeugen wie Messern geschnitten werden können. Auf Basis dieser Entdeckung haben sie ferner herausgefunden, dass eine bioabbaubare thermoplastische Zusammensetzung, welche eine veresterte Stärke mit einem bestimmten Grad der Substitution mit bestimmten Substituenten oder ein Gemisch einer solchen veresterten Stärke mit einer veresterten Cellulose mit einem bestimmten Grad der Substitution mit bestimmten Substituenten umfasst, eine gute manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit und gute mechanische Eigenschaften (insbesondere eine gute Formstabilität und hohe Hitzebeständigkeit) aufweist, so dass sie für eine Verwendung in Modellen geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines bioabbaubaren Modells bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
Anordnen eines bioabbaubaren Kunststoffmaterials, welches ein bioabbaubares Polymer umfasst, welches eine veresterte Stärke mit einem Substitutionsgrad (DS) von 0,4 oder mehr umfasst, in einem Formwerkzeug;
Schmelzen des bioabbaubaren Kunststoffmaterials in dem Formwerkzeug unter Anwendung von Wärme;
Formen des bioabbaubaren Kunststoffmaterials in dem Formwerkzeug unter Kompression, um einen Block zu formen; und
Schneiden oder Bearbeiten des Blocks, um dadurch das bioabbaubare Modell zu formen.
Vorzugsweise umfasst die veresterte Stärke mindestens eine der Folgenden:

(1) eine vinylveresterte Stärke, hergestellt durch Verestern einer Stärke mit dem Veresterungsreagens eines Vinylesters in einem nichtwässrigen organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Veresterungskatalysators;
(2) eine veresterte, polyestergepfropfte Stärke, gebildet durch Verestern von Stärke und Verpfropfen der Stärke mit Polyester; und
(3) eine gemischte veresterte Stärke, bei welcher der Wasserstoff in der reaktiven Hydroxylgruppe des Stärkemoleküls durch eine Acylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen (kurzkettige Acylgruppe) und eine langkettige Acylgruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen (langkettige Acylgruppe) substituiert ist.

Außerdem kann die veresterte Stärke einen Stärkeester mit einem DS von 1,0 bis 2,8 enthalten, welcher durch ein Verfahren hergestellt wird, wobei eine gereinigte Stärke, welche mindestens 50% Amylose enthält, mit einem Acylierungsreagens in Gegenwart eines basischen Katalysators in einem wasserfreien aprotischen Lösungsmittel zur Reaktion gebracht wird.
Veresterte Stärken sind in der Literatur beschrieben worden, aber soweit wir, die betreffenden Erfinder, wissen, gibt es keine Beschreibung, welche sich auf die Verwendung veresterter Stärken als thermoplastische Kunststoffe bezieht, um zu einem kommerziellen Produkt zu führen.
Andererseits wird aus veresterter Cellulose, Celluloseacetat und Celluloseacetatpropionat viele als Kunststoffmaterialien zur Herstellung geformter Gegenstände und Dünnschichten verwendet.
Wir haben in unseren eigenen früheren Patentanmeldungen (siehe WO 95/04083, WO 96/14342 und WO 96/16116 und die Japanische Patantschrift Nr. 2742892) bereits vorgeschlagen, dass veresterte Stärken und Gemische aus veresterten Stärken und veresterter Cellulose beide als bioabbaubare Kunststoffmaterialien verwendbar sind.
In den oben erwähnten Patentanmeldungen sahen wir jedoch die Verwendung der Materialien für geformte Gegenstände wie Behälter, Schüsseln, Tassen, Messer, Gabeln und Löffel, und die Verwendung in der Garten- und Landwirtschaft, zum Beispiel als Dünnschichten, Bahnen, Laminate und Schäume, voraus. In diesen sahen wir nicht voraus, dass sie für Blöcke für Modelle anwendbar sind, welche eine manuelle Bearbeitbarkeit, maschinelle Bearbeitbarkeit und Formstabilität erfordern, wie jene hier oben erwähnten.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die veresterte Stärke einen DS von 1,0 bis 2,8 auf, die veresterte Stärke ist aus einer amylosereichen Stärke mit einem Amylosegehalt von 50% oder mehr hergestellt, und sie weist Estergruppen mit von 2 bis 18 Kohlenstoffatomen auf.
In stärker bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei der veresterten Stärke um Stärkeacetat, Stärkepropionat, Stärkeacetatpropionat oder ein Gemisch von diesen.
Dem bioabbaubaren Polymer kann ein Weichmacher hinzugefügt werden, um die Formbarkeit, manuelle Bearbeitbarkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit des Blocks zu verbessern. Vorzugsweise kann in einer Menge von bis zu 35 Gewichts-% ein Ester-Weichmacher hinzugefügt werden, welcher mit der veresterten Stärke und der veresterten Cellulose mischbar ist.
Um die mechanischen Eigenschaften des Blocks weiter zu verbessern, kann dem bioabbaubaren Kunststoffmaterial ein anorganischer oder organischer Verstärkerfüllstoff in einer Menge von bis zu 50 Gewichts-% hinzugefügt werden.
Der bioabbaubare Block für Modelle der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem das bioabbaubare Polymer, gegebenenfalls zusammen mit solch einem Weichmacher und Verstärkerfüllstoff, geknetet wird, dieses zu bioabbaubaren Kunststoff-Kügelchen oder Anderem geformt wird, diese in eine Form gebracht werden, diese darin unter Hitze geschmolzen werden und die resultierende Schmelze durch Formpressen zu einem Block geformt wird.
Um aus dem erfindungsgemäßen Block bioabbaubare Blöcke herzustellen, kann der Block mit Handwerkzeugen oder maschinellen Werkzeugen geschnitten oder bearbeitet werden.
Der bioabbaubare Block für Modelle der vorliegenden Erfindung weist aufgrund der oben angegebenen Struktur eine gute manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit und ebenso die erforderlichen mechanischen Eigenschaften (insbesondere eine gute Formstabilität und hohe Hitzebeständigkeit) auf, wie in dem unten angeführten Beispiel gezeigt werden wird.
Die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung, welche den bioabbaubaren Block für Modelle mit guter manueller und maschineller Bearbeitbarkeit und sogar guten mechanischen Eigenschaften hervorbringt, sind überraschend, wie in den unten angeführten Schnitt- und Bearbeitungsuntersuchungen gezeigt werden wird, bei welchen Proben des bioabbaubaren Blocks der Erfindung mit Proben herkömmlicher bioabbaubarer Kunststoffe, wie jenen oben erwähnten, verglichen wurden, was zu dem Ergebnis führte, dass die manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit und sogar die mechanischen Eigenschaften der herkömmlichen bioabbaubaren Kunststoffproben jenen der wärmehärtbaren Kunststoffproben unterlegen waren.
Das durch die vorliegende Erfindung hergestellte Modell ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem bioabbaubaren Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches als höchstrangiges grundlegendes Erfordernis ein Basispolymer aus einem bioabbaubaren Polymer umfasst, und dass das bioabbaubare Polymer eine veresterte Stärke mit einem vorgegebenen Substitutionsgrad oder ein Gemisch aus dieser veresterten Stärke und einer veresterten Cellulose mit einem vorgegebenen Substitutionsgrad umfasst.

(1) Die hier zu verwendende veresterte Stärke ist eine Stärke mit einem mittleren oder hohen Substitutionsgrad, also mit einem DS von 0,4 oder mehr, vorzugsweise von 1,0 bis 2,8, insbesondere von 1,5 bis 2,5.

Wenn eine veresterte Stärke mit einem DS von weniger als 0,4 verwendet wird, dann ist es unmöglich, Blöcke mit guter Wasserfestigkeit zu erhalten, und es ist auch unmöglich, Blöcke mit guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, also mit der erforderlichen Formstabilität, mechanischen Festigkeit und Hitzebeständigkeit, außerdem weisen die Blöcke, die eine solche veresterte Stärke umfassen, keine gute manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit auf. Wenn andererseits eine veresterte Stärke mit einem DS von mehr als 2,8 verwendet wird, dann ist die Bioabbaubarkeit der erhaltenen Blöcke schlecht, obwohl ihre mechanischen Eigenschaften wie die oben erwähnten gut sein können.
Vorzugsweise werden hier monoveresterte oder gemischt veresterte Stärken verwendet, bei welchen die Estergruppe im Allgemeinen von 2 bis 18 Kohlenstoffatome aufweist, wünschenswerterweise von 2 bis 6 Kohlenstoffatome, und welche durch Monoveresterung oder gemischte Veresterung von Stärken mit einer oder mehreren organischen Säuren wie den im Folgenden erwähnten Carbonsäuren hergestellt werden können (die Zahl in Klammern gibt die Anzahl der Kohlenstoffatome an, aus denen die Säure aufgebaut ist). Die gemischt veresterten Stärken, auf die hier Bezug genommen wird, sind z.B. jene, welche jeweils zwei oder mehr verschiedene Estersubstituenten in einem Molekül aufweisen.

(a) Gesättigte Fettsäuren: Essigsäure (C2), Propionsäure (C3), Buttersäure (C4), Capronsäure (C6), Caprylsäure (C8), Laurinsäure (C12), Palmitinsäure (C16) und Stearinsäure (C18);
(b) Ungesättigte Fettsäuren: Acrylsäure (C3), Crotonsäure (C4), Isocrotonsäure (C4), Ölsäure (C18);
(c) Aliphatische gesättigte oder ungesättigte Dicarbonsäuren: Malonsäure (C3), Bernsteinsäure (C4), Adipinsäure (C6), Maleinsäure (C4) und Fumarsäure (C4);
(d) Aromatische Carbonsäuren: Benzoesäure und Phthalsäure.

Besonders bevorzugt werden im Einzelnen Stärkeacetat, Stärkepropionat und eine gemischt veresterte Stärke aus Stärkeacetatpropionat, welche einzeln oder in Kombination verwendet werden können, da sie mit Leichtigkeit zu Blöcken (und auch Modellen) mit guter mechanischer Festigkeit und Hitzebeständigkeit gefertigt werden können.
Die veresterten Stärken zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können über irgendein bekanntes Verfahren hergestellt werden, bei welchem Carbonsäureanhydride oder Carbonsäurechloride oder sogar irgendwelche anderen Veresterungsreagenzien verwendet werden. Es ist jedoch wünschenswert, die in den eigenen früheren Patentveröffentlichungen des Anmelders offenbarten Verfahren anzuwenden, wie jene unten angeführten, da hierdurch mit Leichtigkeit die gewünschten bioabbaubaren Blöcke mit guter mechanischer Festigkeit und Hitzebeständigkeit gefertigt werden können.

(a) Ein Verfahren zur Anwendung wasserfreien Reaktion, wie jenes in WO 95/04083 offenbarte: „Eine Stärke wird in einem Modifizierungsschritt in einem wasserfreien aprotischen Lösungsmittel mit einem Veresterungsreagens vermischt und zur Reaktion gebracht, so dass ein hydrophobes bioabbaubares Stärkeester-Produkt entsteht, bei welchem die Estergruppe bis zu 18 Kohlenstoffatome aufweist." Ein besonders bevorzugter ist ein Stärkeester mit einem DS von 1,0 bis 2,8, welcher über ein Verfahren hergestellt wird, wobei eine gereinigte Stärke, welche mindestens 50% Amylose enthält, mit einem Acylierungsreagens in Gegenwart eines basischen Katalysators in einem wasserfreien aprotischen Lösungsmittel zur Reaktion gebracht wird.
(b) Ein Verfahren zur Verwendung eines Vinylesters einer Carbonsäure, wie jenes in WO 96/14342 offenbarte: „Verfahren zur Herstellung eines Stärkeesters unter Verwendung eines Vinylesters als ein Veresterungsreagens, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass: eine Stärke in einem nichtwässrigen organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Veresterungskatalysators mit dem Vinylester zur Reaktion gebracht wird, bei welchem die Estergruppe von 2 bis 18 Kohlenstoffatome aufweist."
(c) Eine veresterte, polyestergepfropfte Stärke, gebildet durch Verestern von Stärke und Verpfropfen der Stärke mit Polyester, wie jene in der Japanischen Patentschrift Nr. 2742892 offenbarte: „Veresterte, polyestergepfropfte Stärke, gebildet durch Verestern von Stärke und Verpfropfen der Stärke mit Polyester, dadurch gekennzeichnet, dass an der Veresterung eine oder mehrere gesättigte oder ungesättigte aliphatische Säuren oder aromatische Carbonsäuren mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen beteiligt sind und es sich bei dem Polyester um einen solchen handelt, welcher durch ringöffnende Polymerisation aus einem oder mehreren 4- bis 12-gliedrigen Lactonen gebildet wird, wobei die endständigen Hydroxylgruppen fast vollständig durch Veresterung blockiert sind.
(d) Eine mit einer kurz-/langkettigen Acylgruppe substituierte veresterte Stärke, wie jene in der Japanischen Patentschrift Nr. 2939586 offenbarte: „Gemischt veresterte Stärke, bei welcher der Wasserstoff in der reaktiven Hydroxylgruppe desselben Stärkemoleküls durch eine Acylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen (kurzkettige Acylgruppe) und eine Acylgruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen (langkettige Acylgruppe) substituiert ist, und das Verhältnis der kurzkettigen Acylgruppe und der langkettigen Acylgruppe derart eingestellt ist, dass die veresterte Stärke ohne einen Weichmacher thermoplastisch sein kann und Formen und Dünnschichten bilden kann."

Bei der zu veresternden Stärke als Ausgangsmaterial kann es sich z.B. um Rohstärken handeln, welche aus Mais, Kartoffeln, Süßkartoffeln, Weizen, Sago, Maniok, Tapioka, Reis, Bohnen, Pfeilwurz, Adlerfarn oder Lotus gewonnen werden, und auch um physikalisch modifizierte Stärken, welche durch Vorgelieren der Rohstärken herzustellen sind, um enzymmodifizierte Stärken, welche durch Zersetzen dieser mit Enzymen herzustellen sind, ebenso wie um chemisch modifizierte Stärken, welche durch Bearbeiten dieser mit Säuren oder hy pochloriger Säure oder durch Ionisieren oder Hydroxylieren (oder Verethern) dieser herzustellen sind.
Von diesen werden amylosereiche Stärken mit einem Amylosegehalt von mindestens 50 Gewichts-% oder mehr bevorzugt, da sie mit Leichtigkeit zu Blöcken mit guten mechanischen Eigenschaften (hohe Formstabilität, gute Hitzebeständigkeit, hohe Festigkeit), mit guter manueller und maschineller Bearbeitbarkeit zu fertigen sind.

(2) Bei der hier zu verwendenden veresterten Cellulose handelt es sich wie bei der oben beschriebenen veresterten Stärke um eine solche, welche einen mittleren oder hohen Substitutionsgrad aufweist, also einen DS von 0,4, vorzugsweise von 1,0 bis 2,8, insbesondere von 1,5 bis 2,5. Wenn eine veresterte Cellulose mit einem DS von weniger als 0,4 verwendet wird, dann ist es unmöglich, Blöcke mit guter Wasserfestigkeit zu erhalten, und es ist auch unmöglich, Blöcke mit guten mechanischen Eigenschaften (z.B. hohe Formstabilität, gute Hitzebeständigkeit, hohe Festigkeit) zu erhalten. Wenn andererseits eine veresterte Cellulose mit einem DS von mehr als 2,8 verwendet wird, dann ist die Bioabbaubarkeit der erhaltenen Blöcke schlecht, obwohl ihre mechanischen Eigenschaften wie die oben erwähnten gut sein können.

Wie bei der oben beschriebenen veresterten Stärke kann die Estergruppe der veresterten Cellulose von 2 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen. Bei einer solchen veresterten Cellulose werden Celluloseester mit niederen Fettsäuren wie Celluloseacetat und Cellulosepropionat bevorzugt, welche einzeln oder in Kombination verwendet werden können, da sie mit Leichtigkeit zu Blöcken (und auch Modellen) mit den erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu fertigen sind.
Das Gewichts-Mischungsverhältnis der veresterten Stärke zu der veresterten Cellulose soll zwischen 10:0 und 1:9 lie gen, vorzugsweise zwischen 10:0 und 4:6, um das gewünschte bioabbaubare Polymer zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zu ergeben.
Wenn der Anteil der veresterten Stärke zu gering ist, dann ist es unmöglich, Blöcke mit guter manueller und maschineller Bearbeitbarkeit zu erhalten. Je höher der Anteil der veresterten Cellulose, desto besser die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Blöcke.
Ein Teil der veresterten Stärke oder der veresterten Cellulose kann durch irgendein anderes bioabbaubares Polymer, wie z.B. Polycaprolactone, Polymilchsäuren, Polyadipate, Polyhydroxybutyrate und Polyhydroxybutyrat/-valerate ersetzt werden, allerdings nur in dem Bereich in dem sie keinen negativen Einfluss auf die manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit der resultierenden Blöcke aufweisen. Allerdings beträgt vorzugsweise der Anteil anderer bioabbaubarer Polymere nicht mehr als 70 Gewichts-% des Basispolymers, weil eine größere Menge anderer bioabbaubarer Polymere eine Ursache für schlechte manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit sind.

(3) Das bioabbaubare Kunststoffmaterial der vorliegenden Erfindung kann einen Ester-Weichmacher enthalten.

Die funktionellen Gruppen in Ester-Weichmachern sind die gleichen wie in veresterten Stärken und Cellulosen, und deswegen sind Ester-Weichmacher gut mit veresterten Stärken und Cellulosen mischbar. Demgemäß verbessert der Ester-Weichmacher, wenn er dem Kunststoffmaterial der Erfindung zugegeben wird, das Fließvermögen (die Formbarkeit) des Kunststoffmaterials, welches zu Blöcken für Modelle geformt werden soll, ohne die mechanischen Eigenschaften der geformten Blöcke zu verschlechtern.
Die Menge an zuzugebendem Weichmacher hängt von den Estersubstituenten in der veresterten Stärke und gegebenenfalls der veresterten Cellulose ab, aus welchen das Kunststoffmaterial aufgebaut ist, und auch vom Substitutionsgrad solcher veresterter Stärke und Cellulose. Es ist wünschenswert, einer veresterten Stärke und Cellulose, bei welchen die Estergruppe weniger Kohlenstoffatome aufweist und welche einen geringeren Substitutionsgrad aufweisen, eine größere Menge eines solchen Weichmachers zuzugeben. Die geeignete Menge an zuzugebendem Weichmacher soll unter Beachtung der Glasübergangstemperatur (T_g) der veresterten Stärke und gegebenenfalls der veresterten Cellulose, aus welchen das Kunststoffmaterial aufgebaut ist, ermittelt werden.
Vorzugsweise wird die Menge an zuzugebendem Weichmacher so gesteuert, dass sie 35 Gewichts-% oder weniger beträgt, vorzugsweise 30 Gewichts-% oder weniger, wodurch bewirkt wird, dass das Kunststoffmaterial, welches den Weichmacher umfasst, eine T_g von 65 bis 120 °C aufweist. Wenn die Menge an zugegebenem Weichmacher mehr als 35 Gewichts-% beträgt, dann ist es schwierig zu bewirken, dass das resultierende Kunststoffmaterial eine T_g aufweist, die in den oben angegebenen Bereich fällt, und außerdem läuft der zugegebene Weichmacher oftmals aus den geformten Blöcken aus, wodurch die Formstabilität und die Hitzebeständigkeit der Blöcke oftmals verschlechtert werden.
Bevorzugte Beispiele für Ester-Weichmacher, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind die folgenden:

(a) Phthalate: Methyl-, Diethyl-, Dipropyl-, Dibutyl-, Dihexyl-, Diheptyl-, und Dioctylphthalate und Ethylphthalylethylglykolat und Butylphthalylbutylglykolat;
(b) Ester zweiwertiger aliphatischer Säuren: Diethyl-, Dibutyl- und Dioctyladipate, Succinate, Azelate und Sebacate;
(c) Fettsäureester-Derivate: Methyl-, Ethyl-, Butyl- und Propyloleate, Stearate, Erucate, Licinolate, Lactate und Citrate;
(d) Ester von Polyalkoholen: Glycerintriacetat (Triacetin), Glycerinmono- und -diacetate, Glycerinmono-, -di- und -tripropionate, Glycerintributanoat (Tributyrin), Glycerinmono- und -dibutanoate und Glycerinmono-, -di- und -tristearate;
(e) Ester von Hydroxysäuren: Methyl(acetyllicinolat) und Triethyl(acetylcitrat);
(f) Phosphate: Tributylphosphat und Triphenylphosphat.

Von diesen werden Ester von Polyalkoholen wie Triacetin und Tributyrin bevorzugt, da sie besonders gut mit veresterten Stärken und veresterter Cellulose mischbar sind.

(4) Das bioabbaubare Kunststoffmaterial der vorliegenden Erfindung kann ferner irgendeinen oder mehrere aus bioabbaubaren organischen Füllstoffen ohne negativen Einfluss auf die manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit der Blöcke, wie jene unten erwähnten, und anorganischen Füllstoffen ohne negativen Einfluss auf die manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit der Blöcke und auch auf Bodenorganismen, wie jene unten erwähnten, in einer Menge von 50 Gewichts-% oder weniger, vorzugsweise 30 Gewichts-% oder weniger, enthalten, wodurch die beabsichtigte mechanische Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Formstabilität (Antischrumpfeigenschaft) der zu formenden Blöcke gesteuert werden kann. Wenn jedoch der Füllstoffgehalt mehr als 35 Gewichts-% beträgt, dann hat dies oftmals gewisse negative Einflüsse auf die manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit der geformten Blöcke.
- (a) Organische Füllstoffe: Stärke, Cellulosefasern, Cellulosepulver, Holzpulver, Holzfasern, Zellstoff, Pecanofasern, Baumwolllinters, Lignin, Körnerschalen und Baumwollpulver.
- (b) Anorganische Füllstoffe: Talk, Calciumcarbonat, Titandioxid, Aluminiumoxid, Ton, Sand, Kieselgur, Silikate, Glimmer, Glas (Kügelchen, Plättchen, Fasern) und Quarzpulver (Flint).

Von diesen werden Füllstoffe des Cellulosefaser-Typs bevorzugt, da sie wirksam die mechanische Festigkeit des gebildeten Blocks verbessern, ohne irgendeinen negativen Einfluss auf dessen manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit zu haben. Stärker bevorzugt wird im Hinblick auf die Schlagfestigkeit der geformten Blöcke eine Cellulose-Mikrofaser, die durch die folgenden Faktoren gekennzeichnet ist. Konkret verwendbar ist das kommerziell erhältliche Produkt „SOLKA-FLOC" (verkauft von der Hayashi Chemical Co.).
Mittlere Länge (L): 20 bis 750 μm (vorzugsweise 30 bis 600 μm)
Mittlerer Durchmesser (D): 5 bis 80 μm (vorzugsweise 10 bis 70 μm)
L/D: annähernd 3 bis 60 (vorzugsweise annähernd 5 bis 50)
Als andere Cellulosefasern sind hier typischerweise auch Baumwolllinters, Haferfasern, Pecanofasern und andere Naturfasern verwendbar, ebenso wie sogar halbsynthetische Fasern wie Acetatrayonfasern.

(5) Das bioabbaubare Kunststoffmaterial der vorliegenden Erfindung kann außer dem oben erwähnten Weichmacher und Füllstoff ferner irgendwelche anderen Additive enthalten, wie z.B. Färbemittel, Stabilisatoren, Antioxidationsmittel, Geruchsverbesserer, Flammschutzmittel, Gleitmittel und Formtrennmittel.

Das bioabbaubare Kunststoffmaterial der vorliegenden Erfindung kann leicht bearbeitet oder zerspant werden, so dass geformte Gegenstände mit guter Wasserfestigkeit und guten mechanischen Eigenschaften entstehen. Als Wichtigstes sind die aus dem Material hergestellten Gegenstände vollständig bioabbaubar, und deswegen können diese in einem Kompostierer, wie z.B. einem Aufbereiter für Küchenabfall, kompostiert werden, nachdem sie solange benutzt worden sind, bis sie nutzlos geworden sind.
Wir, die Erfinder, haben herausgefunden, dass dann, wenn das bioabbaubare Kunststoffmaterial der vorliegenden Erfindung zum Formen von Blöcken für Modelle verwendet werden soll, die veresterte Stärke oder das Gemisch aus der veresterten Stärke und der veresterten Cellulose, aus welcher/-m das Material aufgebaut sein soll, gegebenenfalls zusammen mit einem Weichmacher und/oder einem Füllstoff geknetet und dann bei höheren Temperaturen als dem Schmelzpunkt des resultierenden Gemisches völlig homogenisiert werden muss, bevor das Kunststoffmaterial zu Blöcken geformt wird.
Das Kunststoffmaterial der Erfindung wird wie herkömmliche thermoplastische Harze unter Verwendung eines Mixers oder Pelletierers zu Pulver oder Kügelchen verarbeitet, um zu einem Formmaterial geformt zu werden.
Aus dem so erzeugten Formmaterial können zum Beispiel in der im Folgenden beschriebenen Weise Blöcke für Modelle hergestellt werden.
Das Formmaterial wird in eine Pressform gegeben und darin für eine ausreichende Zeitperiode vollständig erhitzt, um eine einheitliche Schmelze zu bilden. Die Heiztemperatur kann im Allgemeinen zwischen 110 °C und 210 °C liegen, obwohl sie von der Glasübergangstemperatur des Materials abhängt.
Die resultierende Schmelze wird unter Verwendung einer Presse komprimiert, also pressgeformt, um eine gewünschte Abmessung zu erhalten, und danach auf Raumtemperatur abgekühlt, so dass ein plattenförmiger Block entsteht. Eine Vielzahl dieser so geformten Blöcke kann mit einem geeigneten Klebstoff miteinander verbunden werden, so dass eine Blockmasse für Modelle mit einer gewünschten Abmessung entsteht. Die so erhaltenen Blöcke können mit Handwerkzeugen oder maschinellen Werkzeugen wie NC-Maschinen oder Drehmaschinen zu den gewünschten Modellen geschnitten oder verarbeitet werden.
Wie oben detailliert beschrieben wurde, umfasst der bioabbaubare Block für Modelle der vorliegenden Erfindung ein bioabbaubares Polymergemisch, welches aus einer veresterten Stärke mit einem DS von 0,4 oder mehr und einer veresterten Cellulose mit einem DS von 0,4 oder mehr in einem Gewichtsverhältnis der ersteren zur letzteren zwischen 10.0 und 1.9 besteht. Deswegen weist, wie in den folgenden Beispielen gezeigt wird, der Block eine ausgezeichnete manuelle und maschinelle Bearbeitbarkeit und auch gute mechanische Eigenschaften, wie z.B. hohe Formstabilität, gute Hitzebeständigkeit und hohe Festigkeit, in solch einem Maße auf, dass er für die Bildung von Modellen verwendbar ist, während er zweifellos seine Bioabbaubarkeit behält.
BEISPIEL
Um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, wird nun ein Beispiel der Erfindung gegeben, zusammen mit Vergleichsbeispielen dazu, welche jedoch den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.
A: Herstellung der bioabbaubaren Kunststoffmaterialien:
(1) Herstellung der veresterten Stärke:

(a) Gemäß dem in WO 95/04083 beschriebenen Verfahren wurde in der unten beschriebenen Weise eine veresterte Stärke hergestellt. 1000 g einer amylosereichen Maisstärke (Amylosegehalt 70%) wurden in 9000 g Dimethylsulfoxid (DMSO) suspendiert und bis auf 80 °C erhitzt, so dass eine einheitliche Lösung entstand. Als Nächstes wurde das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt, es wurden 58 g in 1600 ml DMSO gelöstes Dimethylaminopyridin zugegeben, und es wurden 1500 g Natriumhydrogencarbonat zugegeben. Dann wurde das Gemisch auf 40 °C abgekühlt. Als Nächstes wurden dem Gemisch langsam 1700 g Essigsäureanhydrid zugegeben und unter ständigem Rühren 2 Stunden lang zur Reaktion gebracht. Das resultierende Reaktionsgemisch wurde in die 10-fache Menge Wasser gegossen, und der so gebildete Niederschlag wurde durch Zentrifugenfiltration abgetrennt. Der Niederschlag wurde in 30 Litern Wasser suspendiert und durch Entwässerungsfiltration gewaschen, was dreimal wiederholt wurde. Als Nächstes wurde dieser in einen Ofen gegeben und dort bei 55 °C getrocknet, um eine pulverförmige acetylierte Stärke zu erzeugen, welche einen DS von nahezu 1,9 aufweist.
(b) Gemäß dem in WO 96/14342 beschriebenen Verfahren wurde in der unten beschriebenen Weise eine veresterte Stärke hergestellt. 1000 g einer amylosereichen Maisstärke (Amylosegehalt 70%) wurden in 8000 g Dimethylsulfoxid (DMSO) suspendiert und bis auf 80 °C erhitzt, so dass eine einheitliche Lösung entstand. Noch bei 80 °C wurden dieser 100 g Natriumcarbonat und 440 g Vinyllaurat in dieser Reihenfolge zugegeben und zur Reaktion gebracht. Das resultierende Reaktionsgemisch wurde in 30 Liter Wasser gegossen, und der so gebildete Niederschlag wurde durch Zentrifugenfiltration abgetrennt. Der Niederschlag wurde in 30 Litern Wasser suspendiert und durch Entwässerungsfiltration gewaschen, was dreimal wiederholt wurde. Als Nächstes wurde dieser in einen Ofen gegeben und dort bei 60 °C getrocknet, um eine pulverförmige acetylierte Stärke zu erzeugen, welche einen DS von nahezu 0,75 aufweist.
(c) Veresterte polyestergepfropfte Stärke wie jene in der Japanischen Patentschrift Nr. 2742892 offenbarte. 1000 g Maisstärke wurden in 8000 g Dimethylsulfoxid (DMSO) suspendiert und bis auf 80 °C erhitzt und in 20 Minuten geliert. Als Nächstes wurden 300 g Natriumcarbonat, 6685 g ε-Caprolacton und 2208 g Vinylpropionat-Monomer zugegeben und 5 Stunden lang bei 80 °C zur Reaktion gebracht. Das resultierende Reaktionsgemisch wurde in Wasser gegossen, und der so gebildete Niederschlag wurde abgetrennt. Der Niederschlag wurde gewaschen, entwässert und getrocknet, um eine pulverförmige veresterte polyestergepfropfte Stärke zu erzeugen, welche einen DS von nahezu 2,6 aufweist.
(d) Mit einer kurz-/langkettigen Acylgruppe substituierte veresterte Stärke wie jene in der Japanischen Patentschrift Nr. 2939586 offenbarte. 1000 g einer auf weniger als 1% Feuchtigkeit getrockneten Maisstärke wurden in 8000 g Dimethylsulfoxid (DMSO) suspendiert und bis auf 90 °C erhitzt und in 20 Minuten geliert. Als Nächstes wurden 50 g Brom-t-butyl und 5320 g Hexadecylketen-Dimer (C17) in das Gemisch gegossen. Das Gefäß wurde evakuiert, und das Gemisch wurde 5 Stunden lang bei 90 °C in unter Rückfluss siedendem DMSO zur Reaktion gebracht. Nachdem das Vakuum entfernt und das Gefäß auf Atmosphärendruck gebracht wurde, wurden als Nächstes 1260 g Essigsäu reanhydrid und 1040 g Natriumhydrogencarbonat zugegeben und bei Rückflusstemperatur zur Reaktion gebracht. Nebenprodukte und nicht umgesetzte Substanzen wurden ausgegossen. Das resultierende Reaktionsgemisch wurde unter kräftigem Rühren in Wasser gegossen, und der so gebildete Niederschlag wurde eingesammelt. Der Niederschlag wurde in 50 Litern Wasser suspendiert und durch Entwässerungsfiltration gewaschen, was fünfmal wiederholt wurde. Der jeweilige Substitutionsgrad der kurz- oder langkettigen Acylgruppe dieses Stärkeesters betrug 1,89 für die kurzkettige Acylgruppe (C2) und 0,23 für die langkettige Acylgruppe (C17), was über die Verseifungsmethode analysiert wurde (Genung & Mallet, 1941, Smith, 1967).

(2) Herstellung bioabbaubarer Kunststoffmaterialien:
Beispiel 1:
630 g jeder veresterten Stärke, die oben hergestellt wurde, und das 1:1-Gemisch von (a) und (d), und 300 g der Cellulosefaser „SOLKA-FLOC" (verkauft von der Hayashi Chemical Co.) wurden in einen Henshel-Mixer gegeben. Während dies im Mixer gerührt wurde, wurden nach und nach 70 g Triacetin zugegeben, so dass ein einheitliches Pulver entstand. Um ein Kunststoffmaterial herzustellen, wurde jedes Pulver unter den unten angegebenen Temperaturbedingungen durch einen Doppelschneckenextruder hindurch pelletiert, welcher Schnecken mit einem Durchmesser von 2,6 cm (L/D = 25) aufwies und mit drei Düsen ausgestattet war.
Temperaturbedingungen:

Zone 1 (Eingangszone): 80 °C
Zone 2: 130 °C
Zone 3: 190 °C
Zone 4: 190 °C
Zone 5 (Düsenzone): 170 °C

Beispiel 2:
Ein anderes Kunststoffmaterial wurde durch Pelletierung in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass statt 300 g Cellulosefasern 300 g Talk verwendet wurden.
Beispiel 3:
320 g jeder veresterten Stärke, die oben hergestellt wurde, und 480 g eines Pulvers der veresterten Cellulose „Acetate Flakes" (Celluloseacetat mit einem DS von 2,5, hergestellt von Teijin Ltd.) wurden in einen Henshel-Mixer gegeben. Während dies im Mixer gerührt wurde, wurden nach und nach 200 g Triacetin zugegeben, so dass ein einheitliches Pulver entstand. Um ein Kunststoffmaterial herzustellen, wurde das Pulver unter denselben Temperaturbedingungen wie in Beispiel 1 durch denselben Doppelschneckenextruder hindurch pelletiert.
Vergleichsbeispiel 1:
Hierbei wurde die Polymilchsäure „Lacty" (Handelsbezeichnung des Produktes der Shimadzu Corporation) verwendet.
Vergleichsbeispiel 2:
Hierbei wurde das Polybutylensuccinat „Bionolle #3010" (Handelsbezeichnung des Produktes der Showa Highpolymer Co.) verwendet.
Vergleichsbeispiel 3:
Hierbei wurde das Polycaprolacton „TONE 787" (Handelsbezeichnung des Produktes der Union Carbide Chemicals and Plastics Company, Inc.) verwendet.
Vergleichsbeispiel 4:
Hierbei wurde das Polyhydroxybutyrat/-valerat „Biopol" (Handelsbezeichnung des Produktes von Zeneca Inc.) verwendet.
Vergleichsbeispiel 5:
Hierbei wurde die Stärke-Polyvinylalkohol-Legierung „Mater-Bi AF10H" (Handelsbezeichnung des Produktes der Novamont Co.) verwendet.
B. Herstellung der Blöcke für Modelle
Jede der oben erwähnten Kunststoffmaterialproben der Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurde in die Form der Pressmaschine „Heat Press" (Handelsbezeichnung der Maschine der Tester Industrial Co.) gegeben, darin dann unter Wärmeanwendung unter verschiedenen Bedingungen, wie unten angegeben, geschmolzen und unter Druck (200 kgf/cm² × 5 min) geformt. Dadurch erhielt man verschiedene Blockproben für Schnitt- und Bearbeitungsuntersuchungen. Die Vergleichsproben waren nur für Schnittuntersuchungen mit Handwerkzeugen.
Heizbedingungen:

Beispiele 1 bis 3: 180 °C × 5 min.
Vergleichsbeispiel 1: 190 °C × 5 min.
Vergleichsbeispiel 2: 170 °C × 5 min.
Vergleichsbeispiel 3: 150 °C × 5 min.
Vergleichsbeispiel 4: 180 °C × 5 min.
Vergleichsbeispiel 5: 180 °C × 5 min.

Größen der Blockproben:

(1) Für Schnittuntersuchungen mit Handwerkzeugen: 10 × 10 × 2 cm
(2) Für Bearbeitungsuntersuchungen mit einem Schaftfräser: 10 × 10 × 6 cm
(3) Für Bearbeitungsuntersuchungen mit einer Bandsäge: 40 × 30 × 15 cm

C. Auswertung der manuellen und maschinellen Bearbeitbarkeit der Blockproben:
(1) Auswertung der Bearbeitbarkeit mit Handwerkzeugen:
Unter Verwendung von Handwerkzeugen wie Messern und Meißeln wurden die Blockproben geschnitten. Die Proben der Beispiele 1 bis 3 der Erfindung wurden gut geschnitten, und ihre Bearbeitbarkeit war gut. Die aus diesen herausgeschnittenen Stücke wiesen scharfe Kanten und glatte Seiten auf, während sie eine lebendige äußere Erscheinung boten. Im Gegensatz dazu konnten die Proben der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 nicht gut geschnitten werden, und ihre Bearbeitbarkeit war schlecht. Außerdem waren die Probe des Vergleichsbeispiels 1 (Polymilchsäure) und die des Vergleichsbeispiels 3 (Polycaprolacton) problematisch in der Hitzebeständigkeit; und die Probe des Vergleichsbeispiels 4 (Stärke-Polyvinylalkohol-Legierung) war problematisch in der Formstabilität, da sie hygroskopisch war.
(2) Auswertung der Bearbeitbarkeit mit einem Schaftfräser:
Unter Verwendung einer Schaftfräser-NC-Maschine (20 mm Durchmesser) wurde jede Blockprobe mit einer Rotation des Schaftfräsers von 600 U/min gelocht, um ein Loch mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Tiefe von 3 cm zu erhalten. Alle Proben der Beispiele 1 bis 3 der Erfindung, die hier bei untersucht wurden, wiesen scharfkantige Löcher ohne gebrochene Kanten auf, und die Innenwände der gebildeten Löcher wiesen alle einen glatten Abschluss auf. Kein Staub haftete an dem verwendeten Schaftfräser, und nur wenig Pulver wurde während der Bearbeitung verstreut.
(3) Auswertung der Bearbeitbarkeit mit einer Bandsäge:
Unter Verwendung einer Bandsäge wurde jede Blockprobe mit einer Sägegeschwindigkeit von 4 m/s in Stücke von 10 × 10 × 5 cm geschnitten. Alle Proben der Beispiele 1 bis 3 der Erfindung, die hierbei untersucht wurden, wurden in scharfkantige Stücke ohne gebrochene Kanten geschnitten, und ihre Schnittflächen waren glatt und gut.
D. Mechanische Eigenschaften der bioabbaubaren Kunststoffmaterialien:
Die bioabbaubaren Kunststoffmaterialien, die in Beispiel 1 bis 3 hergestellt wurden, wurden untersucht, um gemäß ASTM D638 ihre Zugfestigkeit und ihr E-Modul Zug zu ermitteln, gemäß ASTM D790 ihre Biegefestigkeit und ihr E-Modul Biegung zu ermitteln und gemäß JIS K7121 ihre Glasübergangstemperatur zu ermitteln.
Die erhaltenen Daten sind unten in Tabelle 1 dargestellt, aus welcher zu erkennen ist, dass diese Proben, die hierbei untersucht wurden, sowohl eine zufriedenstellende mechanische Festigkeit aufweisen, als auch gut für die Herstellung von Modellen verwendbar sind.
Tabelle 1:
E. Bioabbaubarkeit der bioabbaubaren Kunststoffmaterialien
Jeder der Blöcke für Modelle für die Schnittuntersuchung mit Handwerkzeugen (10 × 10 × 2 cm) der Beispiele 1 bis 3 wurde auf dem Freiluftgelände in Hekinan City, Aichi, Japan, in einer Tiefe von 5 cm in Pflanzenerde gelegt. Dann wurden die Testblöcke nach 6 Monaten ausgegraben und gewaschen, getrocknet, befeuchtet und gewogen. Die Bioabbaubarkeit wurde durch den Prozentsatz der Gewichtsreduzierung, verglichen mit vorher, errechnet. Die erhaltenen Daten sind in Tabelle 1 dargestellt. Als Vergleich wurde Polyesterharz als Ersatz für das veresterte Stärkeharz verwendet, und die Blöcke für Modelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 und 2 hergestellt und wurden auf die Bioabbaubarkeit untersucht. Die Gewichtsreduzierung betrug jeweils 7% und 0,4%.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines bioabbaubaren Mustermodells zur Verwendung bei der Herstellung von Endprodukten, welches die folgenden Schritte umfasst: Anordnen eines bioabbaubaren Kunststoffmaterials, welches ein bioabbaubares Polymer umfasst, welches eine veresterte Stärke mit einem Substitutionsgrad (DS) von 0,4 oder mehr umfasst, in einem Formwerkzeug; Schmelzen des bioabbaubaren Kunststoffmaterials in dem Formwerkzeug unter Anwendung von Wärme; Formen des bioabbaubaren Kunststoffmaterials in dem Formwerkzeug unter Kompression, um einen Block zu formen; und Schneiden oder Bearbeiten des Blocks, um dadurch das bioabbaubare Modell zu formen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das bioabbaubare Kunststoffmaterial in einer Form, welche Pellets umfasst, in dem Formwerkzeug angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das bioabbaubare Kunststoffmaterial in einer Form, welche ein Pulver umfasst, in dem Formwerkzeug angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das bioabbaubare Polymer ferner eine veresterte Cellulose mit einem DS von 0,4 oder mehr umfasst und das Gewichtsverhältnis der veresterten Stärke zu der veresterten Cellulose 10/0 bis 1/9 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die veresterte Stärke mindestens eine der Folgenden umfasst: (1) eine veresterte Stärke, hergestellt durch Verestern einer Stärke mit dem Veresterungsreagens eines Vinylesters in einem nichtwässrigen organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Veresterungskatalysators; (2) eine veresterte, polyestergepfropfte Stärke, gebildet durch Verestern von Stärke und Verpfropfen der Stärke mit Polyester; und (3) eine gemischte veresterte Stärke, bei welcher der Wasserstoff in der reaktiven Hydroxylgruppe des Stärkemoleküls durch eine kurzkettige Acylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und eine langkettige Acylgruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen substituiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die veresterte Stärke aus einer amylosereichen Stärke mit einem Amylosegehalt von 50 Gewichts-% oder mehr hergestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die veresterte Stärke einen DS von 1,0 bis 2,8 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die veresterte Stärke einen Stärkeester mit einem DS von 1,0 bis 2,8 enthält, welcher durch Reaktion einer gereinigten Stärke, welche mindestens 50% Amylose enthält, mit einem Acylierungsreagens in Gegenwart eines basischen Katalysators in einem wasserfreien aprotischen Lösungsmittel hergestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das bioabbaubare Kunststoffmaterial ein Gemisch des bioabbaubaren Polymers und des bioabbaubaren Polyesters umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das bioabbaubare Kunststoffmaterial einen Ester-Weichmacher in einer Menge von 35 Gewichts-% oder weniger enthält und eine Glasübergangstemperatur zwischen 65 °C und 120 °C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das bioabbaubare Kunststoffmaterial einen organischen oder anorganischen Füllstoff in einer Menge von 50 Gewichts-% oder weniger enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der organische Füllstoff eine Cellulosefaser ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Cellulosefaser eine Cellulosemikrofaser mit einer mittleren Länge (L) von 20 bis 750 μm und einem mittleren Durchmesser (D) von 5 bis 80 μm ist, wobei das L/D-Verhältnis 3 bis 60 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Schritt des Schneidens oder Bearbeitens unter Verwendung von Handwerkzeugen oder Werkzeugmaschinen durchgeführt wird.