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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft biologisch abbaubare Kunststoffe.
Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung biologisch abbaubare
Kunststoffe mit durch Zugabe von gepressten Pflanzenfasern, wie
zum Beispiel Fasern aus dem Mesokarpium von Kokosnüssen, verbesserten
biologischen Abbaurate. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Verbesserung bei biologisch abbaubaren Kunststoffen, bei der
die B biologische Abbaubarkeit vorhersehbar gemacht wird, indem
konventionelle Polymere, biologisch abbaubare Polymere und die biologische
Abbaubarkeit verbesserndes Pulver aus gepressten Pflanzenfasern
gemischt werden, die Expansionscharakteristika durch Feuchtigkeit
aufweisen, die bei längerem
Aussetzen in der Umwelt zu Strukturen führen, die innere mechanische
Kräfte
aufbrechen lassen. Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung
Kunststoffe, die sich nach Verwendung im Boden zersetzen.
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Durch
eine Umweltfragen gegenüber
stehende Gesellschaft werden in der Umwelt abbaubare Kunststoffe
immer beliebter. Die derzeit entwickelten biologisch abbaubaren
Kunststoffe sind in vier Kategorien aufteilbar, die sich etwas überschneiden:
a) die natürlichen
Polymere, die Polysacharide wie Stärke oder dergleichen verwenden;
b) die mikrobischen Polyester, die die biologische Aktivität von Mikroorganismen
verwenden; c) Mischungen mit beschleunigten Abbaueigenschaften,
die aus gewöhnlichen
Kunststoffen mit Abbau beschleunigenden Additiven bestehen; und
d) chemischen Kunststoffen, die die aliphatischen Polyester und
dergleichen umfassen.
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Abhängig von
den besonderen Eigenschaften der verschiedenen Materialien werden
biologisch abbaubare Kunststoffe als Rohstoffe für Einwegprodukte verwendet
und für
solche Produkte, die im Allgemeinen keine schweren Lasten tragen
müssen.
Solche Anwendungen schließen
ein: landwirtschaftliche Produkte wie Folien, Abdeckungen, Flaschen,
Töpfe und
Säcke;
Produkte des täglichen
Gebrauchs und Haushaltsgegenstände
wie Tabletts, Schachteln und Strohhalme; einige medizinische Ausrüstung und
Sportausrüstung. Nichtsdestotrotz
ist die Verwendung von biologisch abbaubaren Kunststoffen noch immer
begrenzt und ihre Auswirkung auf die allgemeine Kunststoffindustrie
ist insgesamt beschränkt.
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Eine Übersicht über den „Stand
der Technik" bei
in der Umwelt abbaubaren Polymeren ist in der „Encyclopedia of Chemical
Technology", 4.
Auflage, Band 19, Seiten 968–1004,
John Wiley & Sons
Inc. (1996) zu finden, die hier im ganzen als Referenz genommen
wird. Außerdem
ist hier eine Übersicht über derzeitige
Herstellungs- und Testverfahren aus: „Encyclopedia of Chemical
Technology", 4.
Auflage, Band 19, Seiten 290–347,
John Wiley & Sons
Inc. (1996) zur Referenz als Ganzes eingeschlossen.
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Biologisch
abbaubare Kunststoffe versprechen, das Problem der Entsorgung konventionellen
Kunststoffs zu lösen.
Aber es gibt verschiedene Hindernisse. Abhängig von der Art und den Anteilen
der Bestandteile in dem biologisch abbaubaren Kunststoff und abhängig von
der Umgebung, in der der biologisch abbaubare Kunststoff entsorgt
wird, kann die Rate des biologischen Abbaus geringer sein, als erwünscht. Ein
anderes Hindernis ist, dass wenn die Stärke eines Produkts, das biologisch
abbaubaren Kunststoff enthält,
wächst,
die bioabbaubaren Eigenschaften verringert werden. Außerdem kann
die Lebensspanne eines Produkts, das biologisch abbaubaren Kunststoff
enthält,
durch Insektenschäden
entscheidend verringert werden. Ein noch größeres Problem ist es, dass
viele Polymere spezifisch zusammengesetzt sind, um eingeengten,
optimierten Funktionen zu dienen oder bestimmte Verarbeitungsverfahrenseigenschaften
aufzuweisen. Ersatz durch einen biologisch abbaubaren Kunststoff
verringert die Effektivität
dieser Verfahren und führt
zu einem schlechteren Endprodukt. Es wäre daher äußerst vorteilhaft, einen Weg
zu Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit aller Kunststoffe
zu weisen, während
die erwünschten
Eigenschaften jedes Kunststoffes erhalten blieben.
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Eine
Möglichkeit
zur Erreichung dieses Ziels währe
die Verwendung eines Additivs im Kunststoff anstelle der derzeit üblichen
Füllmaterialien,
die die Empfänglichkeit
des Kunststoffs für
Abbau in der Umwelt erhöht.
Additive für
Kunststoffe werden derzeit verwendet, um bei dem Kunststoff erwünschte Eigenschaften
zu erhalten. Beispielsweise werden Additive verwendet, um solche
Eigenschaften wie Festigkeit, Härte,
Flexibilität,
Farbe usw. zu verleihen. Eine ausführ liche Übersicht von Eigenschaften,
Anwendungen und der Toxikologie von Kunststoffadditiven ist in „Chemical
Additives fort he Plastics Industry", herausgegeben von Radian Corp., Noyes
Data Corp., N. J. (1987) zu finden, die hier gänzlich als Referenz eingeschlossen
wird. Eine Möglichkeit
eines Kunststoffadditivs, um die Abbaubarkeit in der Umwelt zu erhöhen, kann
ein Biomaterial sein, wie eine Pflanzenfaser oder Holzmehl.
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Palmen,
insbesondere Kokospalmen sind Frucht tragend und werden in den Tropen
verbreitet kultiviert. Die Palmen werden traditionell auf verschiedene
Weise genutzt. Gemäß 2A,
einer Ansicht einer Kokosnuss 2 in Längsschnitt, zeigt einen Endosperm 2c,
der eine typische Stärke
von 10 bis 20 mm besitzt und im Allgemeinen für Kokosnussöl, Nahrung oder Rohmaterial
für Medikamente
genutzt wird. Ein hartes, holziges Endokarpium 2b, üblicherweise
als Schale bezeichnet, hat eine typische Stärke von 2 bis 6 mm. Die Kokosnussschale
ist nützlich
zur Herstellung von aktivierter Kohle in Industriequalität. Ein Mesokarpium 2a,
allgemein als Hülle
bezeichnet bildet den größten Teil
der Kokosnussfrucht mit einer typischen Stärke von 30 bis 40 mm. Jedoch
werden die Fasern in dem Mesokarpium derzeit lediglich dazu verwendet,
Seile und Taue herzustellen und werden im Allgemeinen für nichts
anderes verwendet.
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Das
Dokument EP-A-0 716 804 offenbart einen sich natürlich zersetzenden Setztopf.
Kokosnussschalenpulver wird mit einem bioabbaubaren Kunststoff gemischt.
Die Mischung wird zu einem Topfkörper
vergossen. Das Dokument US-A-3932319 offenbart ein bioabbaubares
Kunststoffprodukt, bestehend aus eine bioabbaubaren Kunststoff und
einem in der Natur vorkommenden bioabbaubaren Produkt.
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Gemäß 2B wird
eine Kokosnussfaser 3 aus dem Mesokarpium 2a (2A)
botanisch als eine Sclerenchymfaser klassifiziert. Typischerweise
ist die Kokosnussfaser 3 etwa 0,7 mm lang und 20 Mikrometer dick.
Im Aufbau besitzt die Faser eine innere Membran 3a, sägezahnartige
Vorsprünge 3b und
einen Hohlraum 3c. Physikalisch ist die Kokosnussfaser 3 leicht,
hart und elastisch. Thermisch ist die Kokosnussfaser 3 ein schlechter
Wärmeleiter.
Außerdem
ist die Kokosnussfaser 3 beständig gegenüber Wasser und Luft (Shoichiro Nagai,
Inorganic and organic industrial material handbook, S. 788 (S35,
3, 20), 1. Auflage, heraus gegeben von Toyo Keizai Shinposha), hier
in Gesamtheit als Referenz herangezogen.
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Nachdem
sie gepresst ist, hat die Kokosnussfaser außerdem die Eigenschaft, dass
ihr Volumen um das 5 bis 6fache wächst, wenn Wasser hinzu gegeben
wird. Dieses Phänomen
wird darauf zurückgeführt, dass die
gepressten, getrockneten Fasern ein Formgedächtnis besitzen, wobei die
innere Membran 3a auf Zellebene ihren aufrechterhaltenden
Status wieder einnimmt. Es ist deshalb anzunehmen, dass die Expansionscharakteristika
dieser und anderer Pflanzenfasern eine nützliche Verbesserung für den biologischen
Abbauprozess bringen.
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Aufgaben und
Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die biologische Abbaubarkeit
von üblichen
biologisch abbaubaren Kunststoff zu erhöhen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die biologische
Abbaubarkeit von üblichem biologisch
abbaubaren Kunststoff zu erhöhen,
ohne Verarbeitungseigenschaften zu opfern, die zu einem gute Formen,
Extrudieren und Gießen
führen.
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Eine
weitere Aufgabe ist es, die Regelung der biologischen Abbaubarkeitsrate
des hergestellten Endprodukts zu ermöglichen.
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Noch
eine andere Aufgabe ist es, die Regelung der biologischen Abbaubarkeitsrate
des hergestellten Endprodukts zu ermöglichen, um die biologische
Abbaubarkeitsrate des Produkts zu steuern.
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Noch
eine andere Aufgabe ist es die Regelung der biologischen Abbaubarkeitsrate
des hergestellten Endprodukts zu ermöglichen, um die biologische
Abbaubarkeitsrate des Produkts in verschiedenen Abschnitten des
Produkts zu steuern, um die relativen biologischen Abbaubarkeitsraten
in verschiedenen Abschnitten zu kontrollieren.
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Eine
noch weitere Aufgabe ist es, die Kokosnussfasern auf einem industriellen
Niveau zu verwenden, die wenig Nutzen haben und weitgehend unnötig weggeworfen
werden.
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Und
noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
biologisch abbaubares Produkt zu schaffen, das eine Pestizidfunktion
besitzt, um vorzeitigen Schaden durch Schädlinge zu vermeiden.
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Und
noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
biologisch abbaubares Produkt zu schaffen, das eine Pestizidfunktion
besitzt, um eine kontrollierte Abgabe von Pestizid in den Boden
zu ermöglichen,
in den das biologisch abbaubare Produkt gebracht wird, um Schädlinge zu
bekämpfen.
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Kurz
gesagt werden Fasern aus dem Mesokarpium einer Kokosnuss mit einem
biologisch abbaubaren Kunststoff zu einem industriellen Material
gemischt, um ein biologisch abbaubares Kunststoffprodukt aus Kokosnusshüllenfaserpulver
zu schaffen, das nach der Entsorgung in die Umwelt zurückkehrt.
Aus Fasern des Kokosnussmesokarpiums wird ein trockenes Pulver erzeugt.
Aus einem Rohmaterial, das aus 10 bis 40 Gew.-% eines trockenen
Kokosnusshüllenpulvers,
gemischt mit biologisch abbaubarem Kunststoff, wird ein Produkt
geschaffen. Zu dem trockenen Pulver kann als Modulator für die biologische
Abbaubarkeitsrate ein nicht-abbaubarer Kunststoff hinzugefügt werden,
um ein modifiziertes Rohmaterial mit einer modifizierten biologischen
Abbaurate zu schaffen. Kunststoffadditive, die in der Industrie
Standard sind, können
hinzugefügt werden,
um erwünschte
Eigenschaften zu erzielen. Beispielsweise kann ein Netzmittel hinzugefügt werden, um
den Grad der Verarbeitbarkeit zu verbessern; Farbstoff kann hinzugefügt werden,
um die Vermarktung zu verbessern; Pestizide können hinzugefügt werden,
um das Produkt oder den Boden, in den das Produkt gebracht wird,
vor Insekten zu schützen;
und/oder Polymerisationsmodifikatoren wie Vernetzungsmittel, Monomerderivative,
Heteromonomere, Härter
usw. können
verwendet werden, um die Eigenschaften des Ausgangskunststoffes
zu verändern.
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Erfindungsgemäß wird ein
biologisch abbaubares Kunststoffprodukt aus einer Mischung hergestellt, die
aus 95 bis 60 Gew.-% eines biologisch abbaubaren Kunststoffs und
5 bis 40 Gew.-% eines getrockneten Pulvers, wobei das getrocknete
Pulver aus Fasern eines Kokosnussmesokarpiums besteht, wie in Anspruch
1 beansprucht.
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Gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird ein bioabbaubares Kunststoffprodukt
mit den Schritten hergestellt: Herstellen einer Mischung aus etwa
89 bis etwa 58 Gew.-% bioabbaubarer Kunststoff, etwa 10 bis 40 Gew.%
eines getrockneten Pulvers, wobei das getrocknete Pulver aus Fasern
des Mesokarpiums der Kokosnuss besteht und etwa 1 bis etwa 2 Gew.-%
eines der Mitglieder aus der Gruppe eines Netzmittels und eines
Pestizids und Formen des bioabbaubaren Kunststoffprodukts.
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Gemäß einer
anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung besteht ein Verfahren zur Herstellung eines
bioabbaubaren Kunststoffprodukts aus den Schritten: Herstellen einer
Mischung aus A) etwa 95 bis etwa 60 Gew.-% eines bioabbaubaren Kunststoffs
und B) etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% eines getrockneten Pulvers, wobei
das getrocknete Pulver aus Fasern eines Kokosnussmesokarpiums besteht
und Formen des bioabbaubaren Kunststoffprodukts.
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Das
Verfahren umfasst die Schritte des Trennens einer Faserkomponente
von einer Kokosnuss, des Entfernens eines Verunreinigungsstoffes
aus der Faserkomponente, wobei der Verunreinigungsstoff aus einem
Salz und einem Tannin besteht, um eine gereinigte Masse herzustellen,
des Trocknens der Fasermasse auf einen Wassergehalt von weniger
als 10 Gew.-% um eine getrocknete Fasermasse herzustellen, des Pressens
der getrocknete Fasermasse um eine gepresste Fasermasse herzustellen,
des Verarbeitens der gepressten Fasermasse um ein Pulver herzustellen,
das eine Partikellänge
von etwa 10 bis etwa 80 Mikron aufweist, des Trocknens des Pulvers
auf einen Wassergehalt von weniger als etwa 3 Gew.-%, um das getrocknete
Pulver herzustellen, das für
das Formen des bioabbaubaren Kunststoffprodukts verwendet wird.
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Wenn
ein Farbstoff oder ein Netzmittel bei dem erfindungsgemäßen bioabbaubaren
Kunststoffprodukt verwendet wird, ist es vorzuziehen, das zu der
obigen Mischung 1 bis 2 Gew.-% eines Netzmittels oder 5 bis 10 Gew.-%
eines Farbstoffs beigefügt
werden. Zur Verwendung als landwirtschaftliche Folie können die
obigen Mischungen weiter verbessert werden, indem 1 bis 2 Gew.-%
eines Pestizids beigefügt
werden. Indem 10 bis 40 Gew.-% eines biologisch nicht abbaubaren
Kunststoffs hinzugefügt
werden, kann die Rate der Bioabbaubarkeit des Produkts wie gewünscht modifiziert
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1A ist
ein Blockdiagramm, das das erfindungsgemäße Material eines Kokosnussfaserpulvermischung
beschreibt;
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1B ist
ein Blockdiagramm, das die Herstellungsschritte beschreibt, um aus
einer Kokosnussfaserpulvermischung das erfindungsgemäße bioabbaubare
Kunststoffprodukt herzustellen;
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2A ist
eine seitliche Schnittdarstellung einer Kokosnuss;
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2B ist
ein vergrößerter Schnitt
einer Kokosnussfaser;
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3 ist
eine Kurve, die den Bioabbaufortschritt von drei erfindungsgemäßen Ausführungen
und einer Vergleichsausführung
zeigt;
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4A ist
eine Kurve, die den Bioabbaufortschritt einer erfindungsgemäßen Ausführung und
einer Vergleichsausführung
in Küstensand
zeigt;
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4B ist
eine Kurve, die den Bioabbaufortschritt einer erfindungsgemäßen Ausführung und
einer Vergleichsausführung
in Acrisol zeigt;
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4C ist
eine Kurve, die den Bioabbaufortschritt einer erfindungsgemäßen Ausführung und
einer Vergleichsausführung
in Grauerde eines Reisfelds zeigt;
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4D ist
eine Kurve die den Bioabbaufortschritt einer erfindungsgemäßen Ausführung und
einer Vergleichsausführung
in dem schwarzen, vulkanischen Boden eines landwirtschaftlich genutzten
Felds zeigt;
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5 ist
eine Zeichnung der Anordnung einer Folie auf dem Boden, die aus
dem erfindungsgemäßen bioabbaubaren
Kunststoff besteht und als Bodenabdeckung bei der Kultivierung von
Pflanzen verwendet wird.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Gemäß 1A besteht
ein Beispiel eines biologisch abbaubaren Kunststoffs, der die vorliegende
Erfindung als Bestandteil verwendet, aus einem biologisch abbaubaren
Kunststoff 1, der mit Kokosnussfaserpulver 5 und
einem optio nalen Einstellkunststoff 6 gemischt ist. Der
optionale Einstellkunststoff 6 kann als Modifikator für die biologische
Abbaubarkeit betrachtet werden.
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Die
Anteile jedes Bestandteils sind wie in 1A gezeigt:
- 1) bioabbaubarer Kunststoff 1; etwa
95 bis etwa 60 Gewichtsprozent minus α Gewichtsprozent; wobei α = Null,
oder α =
zwischen etwa 5 und etwa 40;
- 2) ein Kokosnussfaserpulver 5: etwa 5 bis etwa 40 Gewichtsprozent;
- 3) ein Einstellkunststoff 6: α Gewichtsprozent, wobei α = Null oder α = zwischen
etwa 5 und etwa 40.
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Eine
Mischung 4 besteht aus dem Gemisch des biologisch abbaubaren
Kunststoffs 1 und Kokosnussfaserpulver 5, während eine
abgewandelte Mischung 4' aus
dem Gemisch eines biologisch abbaubaren Kunststoffs 1,
Kokosnussfaserpulver 5 und einem üblichen biologisch nicht abbaubaren
Kunststoff 6 besteht.
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Gemäß 1B besteht
das Herstellungsverfahren für
biologisch abbaubaren Kunststoff aus drei Teilverfahren: a) Verarbeitung 9 des
Kokosnussmesokarpiums zu Fasern, b) Verarbeitung 10 von
Fasern zu gepresstem Faserpulver und c) Mischen des Pulvers mit
Kunststoff, um Pellets zu bilden.
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Die
Verarbeitung 9 des Kokosnussmesokarpiums 2a zu
Fasern schließt
ein, die Fasern aus dem Fleisch zu lösen und zu sammeln, das Entfernen
von Salzen und Tanninen aus den gesammelten Fasern und das Trocknen
der erhaltenen Fasern.
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Als
Herstellungsbeispiel 9 wird Mesokarpium 2a (im
Folgenden als „Kokosnusshülle" bezeichnet) der Kokosnuss 2 zuerst
einem Einweichvorgang unterworfen. Beim Einweichvorgang 12 wird
grob geschrotete Kokosnusshülle über 12 bis
16 Monate frischem Wasser ausgesetzt. Nach dem Einweichschritt 12 ist
das Fleisch aufgelöst
und nur die Fasern bleiben übrig.
Als Nächstes
schließt
ein Schritt 13 zu Sammeln von Fasern das Gewinnen der Fasern
und deren Ausbreiten ein, um sie der Sonne auszusetzen. Ein folgender
Trocknungsprozess 14 an der Sonne lässt die Fasern ausbleichen
und über
drei Jahre in der Sonne trocknen, um das Salz und die Tannine zu
entfernen. Das Ende des Trocknungsprozesses an der Sonne schließt einen
abschließenden
Trocknungsschritt ein, bei dem heiße Luft während etwa 8 Stunden auf die
sonnengetrockneten Fasern geblasen wird. Der Schritt des Trocknens
mit heißer
Luft reduziert den Feuchtigkeitsgehalt der Fasern auf etwa 10%.
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Die
Herstellung von Seil. Der üblichen
Verwendung von Kokosnusshüllenfasern,
benutzt ebenfalls das obige Verfahren. Obwohl die Gesamtzeit für das obige
Verarbeitungsbeispiel lang ist, werden Kokosnüsse im Allgemeinen in Gegenden
gefunden, die außer
der Sonne keine extensiven Energiequellen besitzen. Daher sind die
Herstellungskosten für
Koksnussfasern äußerst niedrig,
da die damit verbundenen Energiekosten sehr niedrig sind. Es ist
offensichtlich, dass die Schritte mit höherem Energieverbrauch beschleunigt
werden können.
Zum Beispiel wird eine Pressbehandlung des Kokosnussmesokarpiums
die Trennung der Fasern beschleunigen.
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Das
Verfahren 10 zur Herstellung eines Kokosnusspulvers 5 schließt einen
Schritt des Bildens (oder Sammelns) feiner Fasern 15 aus
den verarbeiteten Fasern des obigen Verfahrens ein. Feine Komponenten, die
das Überbleibsel
der Seilherstellung sind, können
gesammelt werden oder derartige Fasern können hergestellt werden, indem
die Fasern geschnitten oder fein geschert werden. Die in dem Schritt 15 gesammelten feinen
Fasern werden dann einem Pressvorgang 16 unterworfen. Der
Pressvorgang schließt
ein, die feinen Fasern zu bündeln
und sie einem Druck zu unterwerfen, der ausreicht, um ihr Volumen
auf 1/5 bis 1/6 ihres Ursprungsvolumens zu reduzieren. Die gepresste
Fasermasse wird beispielsweise in einem Mahlvorgang 17 weiter
verarbeitet, indem weiter gemahlen oder geschert wird, um ein Kokosnusspulver 5 zu
erhalten, das aus kurzen feinen Fasern besteht, die etwa 10–80 Mikrometer
lang sind.
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Dem
Verfahren 10 folgt ein Mischvorgang 11 mit einem
ersten Trocknungsschritt 18. Bei dem Trocknungsschritt 18 wird
das Kokosnusspulver 5 mit heißer Luft über 5–8 Stunden bei 70°C getrocknet.
Dadurch wird der Wassergehalt des Kokosnusspulvers 5 weiter
auf etwa 2–3%
reduziert. In einem Mischschritt 19 wird dann Kokosnusspulver 5 in
einem Verhältnis
von 5 bis 40 Gew.-% mit biologisch abbaubarem Kunststoff gemischt.
Das Gemisch wird dann einem Pelletierungsschritt 21 unterworfen.
Wie durch den durchgezogenen Pfeil dargestellt, wird das Pulver
in diesem Schritt auf etwa 150–200°C erhitzt.
Die Tempe ratur lässt
die Mischung schmelzen. Nachdem die Mischung geschmolzen ist, wird
sie gekühlt
und pelletiert, um Pellets 8 zu bilden.
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Alternativ
wird der Mischschritt 19, wie durch den gestrichelten Pfeil
dargestellt, durch einen Schritt des Beimischens von Zusatzstoffen 20 ergänzt, wobei
beispielsweise vor dem Pellets bildenden Pelletierungsschritt 21 ein
biologisch nicht abbaubarer Kunststoff zugefügt werden kann. Dies ergibt
modifizierte Pellets 8'. Außerdem wird
zu den Materialien für
die Pellets 8' 1–10% eines
Hilfsmittels, wie zum Beispiel ein Netzmittel, ein Pestizid, eine
Farbe ein Formlösehilfsmittel
oder ein Dispergiermittel nach Bedarf beigefügt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen bioabbaubaren
Kunststoff 1 kann ein Netzmittel zugefügt werden, um das Mischen der
Bestandteile zu verbessern und das Lösen aus der Form zu erleichtern.
Gewünschte
Farbstoffe können
beigefügt
werden, um verschieden gefärbte
Produkte zu erhalten. Pestizide, Herbizide usw. können beigefügt werden,
um vorzeitige Beschädigung
des Endprodukts durch Bodenbakterien zu verhindern oder um eine
Abgabe an die Umwelt in einer bestimmten Zeit zu bewirken. Um die
Einheitlichkeit der Mischungskomponenten zu verbessern, kann zu
der Mischung auch ein Dispergiermittel beigegeben werden. Andere
Additive wie Verstärkungsmittel,
besondere Regler, Plastifizierer usw., wie sie üblicherweise Kunststoffen beigegeben
werden, um ihnen bestimmte Eigenschaften zu verleihen, können bei
den entsprechenden Schritten in dem Verfahren dem Kunststoffprodukt
beigefügt
werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Produkt
wird eine geeignete Menge Pellets 8 als Rohmaterial verwendet. Abhängig von
der Art des Produkts, seiner Form, der Stärke der Folie und dergleichen
kann der erfindungsgemäße bioabbaubare
Kunststoff bei Landwirtschaft und der Fischerei. Bei Haushaltsgebrauchsgegenständen, im
Bauwesen, bei der medizinischen Hygiene oder Sport oder dergleichen
als dünne
feste Folie, Bretter, Formteilen, Verpackungs- oder Abdeckmaterial
verwendet werden. Die Herstellung erfolgt durch jedes geeignete Formmittel,
wie zum Beispiel Spritzguss, Blasformen, Vakuumformen und Laminieren.
Bei den hier beschriebenen Beispielen ist es generell erwünscht, die
Erhitzungstemperatur unter 140–200°C zu halten.
Außerdem kann
die Formbildung solche Verfahren wie Schneiden oder Stanzen umfassen,
nachdem die heißen
Verfahrensschritte abgekühlt
sind.
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Nach
der Verwendung wird verglichen zum nur bioabbaubarem Kunststoff,
die biologische Abbaubarkeit des erfindungsgemäßen Produkts wesentliche erhöht, wenn
es in der Erde, in Schlamm, Kompost oder Wasser mit Mikroorganismen
belassen wird. Der bioabbaubare Kunststoff besteht aus einem beliebigen
bioabbaubaren Kunststoff, der für
eine besondere Anwendung geeignet ist. Beispielsweise aliphatische
Polyester wie Milchsäurekunststoffe
und auf Azetat basierende aliphatische saure Kunststoffe wie Kunststoffe
aus Karbonsäureestern
sind für
viele Anwendungen geeignet.
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Wenn
bei einem erfindungsgemäßen Produkt
durch zum Beispiel Mikroorganismen ein Riss gebildet wird, dringt
durch den Riss Wasser ein. Das gepresste Kokosnusspulver 5 absorbiert
das Wasser und expandiert stark, um einen inneren Brechdruck zu
schaffen. Diese interne Beanspruchung zerstört die grobe strukturelle Integrität des Kunststoffprodukts
und schafft zahlreiche Mikrorisse und die Ausbildung ausgeprägter Netzstrukturen.
Mikroorganismen können
daraufhin in die zerrissene Mikroumgebung durch diese Brüche und Mikrofissuren
eindringen und die Zerstörung
beschleunigen. Dieser Mechanismus soll eine Mikroumgebung schaffen,
bei der die Aktivität
von Mikroorganismen gegenüber
der erfindungsgemäßen bioabbaubaren
Kunststoffkomponente bestimmt wird.
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Es
gibt mehr Mikroorganismen, die das Kokosnusspulver 5 der
Kunststoffkomponente bevorzugen, das das Kokosnusspulver 5 eine
natürliche
organische Substanz ist. Jedoch geht der Abbau der erfindungsgemäßen Kokosnusspulverkomponente
durch solche Mikroorganismen dem Abbau der Kunststoffkomponente
voraus. In der Theorie fördert
dies die Bakterienmasse in der Kunststoffstruktur und schafft einen
natürlichen Auslesedruck
einer wachsenden Bakterienmasse, eine abnehmende lokale Nahrungsquelle
(die Kokosnussfaser) und eine alternative Nahrungsquelle (das Kunststoffpolymere),
das nur für
die Stämme
zur Verfügung steht,
die auch über
die enzymatische Fähigkeit
verfügen,
das Kunststoffpolymer abzubauen und zu nutzen. So wird zuerst die
allgemeine Form des Kunststoffprodukts zerstört, wobei die Möglichkeit,
dass polymerabbauende Mik roorganismen bei der Gegenwart des Basispolymers
vorhanden sind, stark erhöht
wird.
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Ausführung 1
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausführung 1
werden 10 Gew.-% Kokosnusspulver mit einer Faserlänge von
etwa 20–80
Mikrometer mit einem bioabbaubaren aliphatischen Polyester gemischt.
Der bioabbaubare Polyester besteht in Gewichtsanteilen von 30 :
70 aus Glykol und aliphatischer Karbonsäure. Zu Versuchszwecken wird
durch eine Spritzgussvorrichtung bei 140–200°C ein Stecktopf mit einer Stärke von
0,5 mm geformt.
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Ausführung 2
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausführung 2
werden 20 Gew.-% Kokosnusspulver mit einer Faserlänge von
etwa 20–80
Mikrometer mit einem bioabbaubaren aliphatischen Polyester gemischt.
Der bioabbaubare Polyester besteht in Gewichtsanteilen von 30 :
70 aus Glykol und aliphatischer Karbonsäure. Zu Versuchszwecken wird
durch eine Spritzgussvorrichtung bei 140–200°C ein Stecktopf mit einer Stärke von
0,5 mm geformt.
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Ausführung 3
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Die
Ausführung
3 besteht aus 40 Gew.-% Kokosnusspulver und einem bioabbaubaren
aliphatischen Polyester. Der bioabbaubare aliphatische Polyester
ist aus 15% Stärke,
45% Kalziumkarbonat und 40% Polycaprolakton zusammengesetzt. Wie
bei den Beispielen 1 und 2 wurde ein Versuchsmuster hergestellt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Bei
einem Vergleichsbeispiel 1 wurde der aliphatische Polyester, der
bei den Ausführung
1 und 2 verwendet wurde, allein verwendet, um ein Vergleichs muster
mit gleicher Stärke
und Größe herzustellen.
In Tabelle 1 sind die Ergebnisse eines Versuchs gezeigt, der das
Vergleichsbeispiels 1 mit den Ausführungen 1, 2 und 3 der vorliegenden
Erfindung vergleicht.
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Wie
die Ergebnisse zeigen, ist die biologische Abbaubarkeit des erfindungsgemäßen Produkts
vergleichen mit dem Vergleichsbeispiels stark erhöht und die
Bodenverbesserung wurde verstärkt.
Die Verarbeitungsgüte
der erfindungsgemäßen Materials
war vergleichen mit dem Vergleichsbeispiel nicht verschlechtert.
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In 3 wird
die Progression des biologischen Abbaus der obigen drei Ausführungen über die
Zeit in Felderde mit der des Vergleichsbeispiels vergleichen. Die
vertikale Skala zeigt den prozentualen Abbau und die horizontale
Skala die vergangene Zeit in Wochen an.
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Wie
aus 3 deutlich ist, waren alle erfindungsgemäßen Ausführungen
biologisch deutlich besser abbaubar, als das Vergleichsbeispiel.
Beispielsweise waren die Ausführungen
1, 2 und 3 nach 9–12
Monaten zu 80% abgebaut, während
es bei dem Vergleichsbeispiel mehr als 30 Monate brauchte, um einen
80%-igen Abbau zu
erreichen. Unter den Ausführungen
war die Ausführung
mit dem höchsten
Anteil an Kokosnusspulver am besten biologisch abbaubar.
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- 1. Code für
Gesamteinschätzung:
A: sehr gut, B: gut, C: keine Veränderung, normal
- 2. Spalte e ist die Zahl der Monate, die benötigt wird, um einen Setztopf
von 0,5 mm abzubauen.
- 3. Spalte f ist die Bodenverbesserung beim Wachsen von Pflanzen
nach dem Abbau des Produkts.
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In 4A ist
die Progression des biologischen Abbaus der Ausführung 2 und der Vergleichsausführung in
Strandsand gezeigt. Die vertikale Skala zeigt den prozentualen Abbau
und die horizontale Skala die vergangene Zeit in Wochen, über die
die Versuchsmuster eingegraben wurden.
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In 4B ist
die Progression des biologischen Abbaus von Ausführung 2 und der Vergleichsausführung in
rot-gelber Erde (Aichi-Ken-Erde) gezeigt. Die vertikale Skala zeigt
den prozentualen Abbau und die horizontale Skala die vergangene
Zeit in Wochen, über
die die Versuchsmuster eingegraben wurden.
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In 4C ist
die Progression des biologischen Abbaus von Ausführung 2 und der Vergleichsausführung in
der grauen Erde eines Reisfelds gezeigt. Die vertikale Skala zeigt
den prozentualen Abbau und die horizontale Skala die vergangene
Zeit in Wochen, über
die die Versuchsmuster eingegraben wurden.
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In 4D ist
die Progression des biologischen Abbaus von Ausführung 2 und der Vergleichsausführung in
schwarzem vulkanischen Boden, der auf land wirtschaftlichen Feldern
gefunden wird, gezeigt. Die vertikale Skala zeigt den prozentualen
Abbau und die horizontale Skala die vergangene Zeit in Wochen, über die die
Versuchsmuster eingegraben wurden.
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Abhängig von
der Verwendung, die eine jeweilige Produktart erfordert, können Pellets
aus der obigen Mischung zu schnell biologisch abgebaut werden und
dadurch nachteilig werden. Um dieses Problem zu lösen mischt
die vorliegende Erfindung üblichen
Kunststoff, der allein biologisch nicht abbaubar ist hinein, um
die Abbaurate zu steuern und die Originalform für einen bestimmten Zeitraum
zu erhalten.
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Gemäß 1B werden,
wie durch den gestrichelten Pfeil gezeigt, 5 bis 40 Gew.-% eines
biologisch nicht abbaubaren Kunststoffs mit der Mischung 4 aus
bioabbaubarem Kunststoff 1 und Kokosnusspulver 5 bei Verarbeitung
gemischt, um die modifizierten Pellets 8' herzustellen. Dieses Mischprodukt
wird gleich wie die Pellets 8 verarbeitet und führt zu modifizierten
Pellets 8' (1B).
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Die
modifizierten Pellets 8' sind
besonders vorteilhaft für
Produkte mit einer Stärke
von weniger als 0,1 mm, da solche Produkte für biologischen Angriff sehr
empfänglich
sind. Außerdem
führt das
Verhältnis
von großer
Oberfläche
zur Masse solcher dünnen
Produkte zu einer höheren
Abbaudynamik. Die modifizierten Pellets der vorliegenden Erfindung
werden nicht nur den Wiederverwendungsgebrauch von regulärem Kunststoffabfall
erhöhen,
sondern auch dazu beitragen, die Kosten solcher wieder verwendeten
Produkte zu reduzieren.
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In
Tabelle 2 werden erfindungsgemäße Produkte,
die nur mit bioabbaubaren Bestandteilen hergestellt wurden mit Produkten
verglichen, die eine biologisch nicht abbaubare Komponente besitzen,
die hinzugefügt wurde,
um die Rate des biologischen Abbaus zu verlangsamen. Alle zehn Muster
wurden unter gleichen Bedingungen hergestellt und ihre Eigenschaften
hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit wurden verglichen. Die
Verarbeitungs- und Versuchsbedingungen der Versuchsmuster waren
die gleichen, wie in Tabelle 1. Der nicht biologisch abbaubare Bestandteil
war Polyethlylen, ein kompatibler üblicher Kunststoff der im Allgemeinen
nicht bioabbaubar ist.
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Die
Verlangsamung der Rate des biologischen Abbaus hängt von dem Anteil nicht-abbaubarer
Bestandteile gegenüber
den abbaubaren Bestandteilen ab, sowie der Stärke der Formprodukte. Es ist
jedoch ersichtlich, dass die Rate des biologischen Abbaus über 20%
reduziert werden kann, um bei der vorliegenden Erfindung den biologisch
abbaubaren Komponenten gesteuert eine biologisch nicht abbaubare
Komponente zuzufügen.
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Gemäß 5 kann
bei der Anwendung wie einer Gemüsezucht
eine Kunststofffolie als Abdeckung 7 verwendet werden,
die als Mulch wirkt. Wie der Darstellung entnommen werden kann,
wird eine Kontaktfläche 7a im
Boden vergraben. So ist die Kontaktfläche 7a in engerem
Kontakt mit dem Boden, als der Rest der Abdeckung 7. Dementsprechend
wird die Kontaktfläche 7a vermutliche
eher abgebaut werden, als der Rest der Abdeckung 7.
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Um
ein Eindringen schädlicher
Gemüsepilze
und Bakterien aus dem Kontaktbereich 7a zu verhindern, kann
die Abbaurate wie oben beschrieben verändert werden, indem ein vermehrter
Anteil eines biologisch nicht abbaubaren Bestandteils zu dem Kontaktbereichsabschnitt 7a hinzugefügt wird.
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Bei
einer anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird den anderen Bestandteilen der erfindungsgemäßen bioabbaubaren
Mischung ein Pestizid beigemischt. Das Pestizid wird langsam an
den Boden abgegeben, wenn das bioabbaubare Produkt abgebaut wird.
Indem so 1 bis 2 Gew.-% eines Pestizids dem erfindungsgemäßen bioabbaubaren
Produkt beigemischt werden, kann das Problem des Beibehaltens eines konstanten
Niveaus von Agrochemie in der Anwendungsfläche gelöst werden, wo andere Versuche
sich als ungeeignet erwiesen haben.
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Die
vorliegende Erfindung eines bioabbaubaren Produkts aus einer Kokosnusshüllenfaserpulvermischung
verwendet ein schnell abbaubares Kokosnusspulver aus Kokosnussfasern,
die in den Tropen in großen
Mengen hergestellt werden. Solche Fasern werden derzeit im Allgemeinen
weggeworfen, da sie für
die Industrie bis jetzt nicht als nützlich erachtet wurden.
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Die
vorliegende Erfindung hat erkannt, dass die biologische Abbaubarkeit
und Verarbeitbarkeit verbessert werden, wenn ein bioabbaubarer Kunststoff
mit dem Kokosnusspulver gemischt wurde. Dadurch können Produkte
dicker gemacht werden. Da das Kokosnusspulver einen höheren Grad
an Härte,
Elastizität
und Wasserabsorption aufweist, kann die vorliegende Erfindung ein
Produkt mit einer hohen mechanischen Steifigkeit ergeben. Die vorliegende
Erfindung bringt auch die technisch innovative Demonstration mit
sich, dass üblicher Kunststoff,
der biologisch nicht abbaubar ist, sehr vorteilhaft als Modulator
für den
biologischen Abbau verwendet werden kann.
