EP1000119A1 - Thermoplastic mixture with a starch base, for producing biodegradable moulded bodies - Google Patents

Thermoplastic mixture with a starch base, for producing biodegradable moulded bodies

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EP1000119A1
EP1000119A1 EP98939538A EP98939538A EP1000119A1 EP 1000119 A1 EP1000119 A1 EP 1000119A1 EP 98939538 A EP98939538 A EP 98939538A EP 98939538 A EP98939538 A EP 98939538A EP 1000119 A1 EP1000119 A1 EP 1000119A1
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EP
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weight
parts
thermoplastic mixture
mixture according
starch
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Withdrawn
Application number
EP98939538A
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German (de)
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Inventor
Holger Bengs
Arnold Schneller
Gitte Böhm
Silke Schuth
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Celanese Ventures GmbH
Original Assignee
Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1000119A1 publication Critical patent/EP1000119A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/04Oxygen-containing compounds
    • C08K5/05Alcohols; Metal alcoholates
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • C08L5/14Hemicellulose; Derivatives thereof
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L89/00Compositions of proteins; Compositions of derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L89/00Compositions of proteins; Compositions of derivatives thereof
    • C08L89/005Casein

Definitions

  • Thermoplastic mixture based on starch for the production of biodegradable moldings with improved properties, preferably improved mechanical properties, production of the mixture and use
  • the invention relates to thermoplastic mixtures based on starch, the production of such mixtures and the use of these mixtures for the production of biodegradable moldings, preferably with improved mechanical properties, such as moldings or films.
  • Starch as a biocompatible material has the great advantage of generally good biodegradability.
  • hydrophilic polymers as natural and thus physiologically compatible and degradable plastics for a wide variety of applications
  • considerable efforts are also being made to process starch by means of the known plastics processing techniques, i.e. H. for example by means of injection molding and extrusion.
  • products made from them such as molded parts or foils, often lack sufficient mechanical properties, such as sufficient strength or sufficient dimensional stability.
  • reactions used to modify starch are legion. These include oxidative processes, polymer-analogous reactions with organic chemicals, cross-linking reactions or graft polymerizations in which monomers are coupled to the backbone based on starch as an initiator.
  • EP-A 0 298 920 D10
  • D1 describes the production of thermoplastically processable starch by adding an additive to essentially native or natural starch and melting the mixture by adding heat and mechanical
  • the aggregate is a substance that The temperature of the starch is reduced, so that the melting temperature of the starch together with this additive is below the decomposition temperature of the starch. Specifically, it is in the aggregate, for example, DMSO, 1, mamid 3-butanediol, glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diglyceride, diglycol ether, research, N, N-dimethylformamide, N-methylformamide ,, N, N '-Dimethylhamstoff, Dimethylacetamide, N-methylacetamide.
  • DMSO 1, mamid 3-butanediol
  • glycerol 1, mamid 3-butanediol
  • glycerol 1, mamid 3-butanediol
  • glycerol 1, mamid 3-butanediol
  • glycerol 1, mamid 3-butanediol
  • glycerol 1, mamid 3-butanediol
  • D1 also proposes the addition of a crosslinking agent from the group of di- or polyvalent carboxylic acids and / or anhydrides, the halides and / or acid amides of di- or polyvalent carboxylic acids, the derivatives of di- or polyvalent inorganic acids, the epoxides, Formaldehyde, the urea derivatives, the divinyl sulfones, the isocyanates, the mono- or polyvalent oxo compounds and cyanamide.
  • a crosslinking agent from the group of di- or polyvalent carboxylic acids and / or anhydrides, the halides and / or acid amides of di- or polyvalent carboxylic acids, the derivatives of di- or polyvalent inorganic acids, the epoxides, Formaldehyde, the urea derivatives, the divinyl sulfones, the isocyanates, the mono- or polyvalent oxo compounds and cyanamide.
  • D2 relates to a process for reducing the swellability of starch by modification, in such a way that the crosslinking reagent is added neat or in encapsulated form, and the crosslinking reaction is achieved by subsequent tempering at elevated temperature.
  • the crosslinking agents used are u. a. Urea derivatives, urotropin, trioxane, di- or polyepoxides, di- or polychlorohydrins, di- or polyisocyanates, carbonic acid derivatives, di-esters or also inorganic polyacids, such as phosphoric acids or boric acids.
  • the mixtures described are distinguished by the fact that very high weight ratios of crosslinking agent are used (between 10 and 100% by weight) in order to achieve a corresponding increase in mechanical stability through the subsequent thermal treatment.
  • a method for the production of distarch phosphates with sodium phosphates is known from D3.
  • Two different starch chains are attached to a phosphate molecule and bridged in this way. However, the starch is not plasticized, rather the starch grain is retained.
  • the D4 discloses a process in which the undissolved and non-swollen starch grain in suspension with phosphoric acids and their salts is modified. is used to manufacture non-dusting powders for use in the surgical sector.
  • inorganic chlorides are used to modify starch granules in aqueous suspension. These starch mixtures are not thermoplasticised with these chemicals either before or during processing.
  • D6 describes the use of crosslinking agents, in particular epichlorohydrin, in such a way that a mixture of starch and crosslinking agent is pressed directly.
  • Starch mixtures of this type are claimed as binders in tablets.
  • difunctional carboxylic acids especially adipic acid as a crosslinking agent, is also discussed in more detail in D7.
  • D8 describes a process in which a phosphate-containing solution is sprayed onto starch. The subsequent kneading gives a crumbly mass which is subsequently heated at temperatures of at least 140 ° C. over a period of several hours. After cooling, the product can be easily dissolved in water.
  • the good low-viscosity properties are offset by the disadvantage of the heterogeneous implementation.
  • D9 shows the use of starch with phosphate groups for the production of thermoplastic starches.
  • native vegetable starch is used.
  • the properties are modified by different additions of predominantly divalent cations.
  • D10 describes the provision of native starch with phosphate groups, which is modified in that the free electrolytes are first washed out by a washing process with demineralized water. Subsequently, the acidic protons of the phosphate groups are replaced by predominantly bivalent ions, such as Mg 2+ or Ca 2+ , and the starch is modified in this way.
  • the D11 reflects the state of the art of modifying starch with phosphates, mostly in suspension.
  • thermoplastic mixture based on starch which allows the production of biodegradable moldings with improved properties, for example improved mechanical properties.
  • the object of the invention was also a method for producing a thermoplastic mixture for extrudates or granules and the use of the thermoplastic mixture.
  • thermoplastic mixture based on starch is available by providing and mixing
  • thermoplastically processable starch-based mixtures which have excellent thermoplastic processability which can be processed into molded parts which have excellent mechanical properties and which are nonetheless easily biodegradable, for example rot or compostable.
  • the products such as moldings or films, are essentially biocompatible and, if appropriate, edible, which paves the way for edible packaging, in particular food packaging.
  • Food packaging is understood to mean both outer packaging that has only temporary contact with the food as well as packaging, such as hoses, casings or coatings, that are in constant contact with the food on their inner surface and are therefore also taken with them when the food is ingested can.
  • the packaging is therefore suitable, among others, for fruit, eggs, cheese, candy, cakes, cookies or effervescent tablets, drinks, meat, sausages or meat.
  • thermoplastic molding compositions according to the invention is not limited to the use in combination with temporary products, but can also be used for the temporary use to protect commodities and capital goods during transport or storage.
  • here is the protection against climatic To think of influences such as those that occur when transporting automobiles overseas.
  • the modification reaction can be carried out during processing.
  • the additives according to the invention have a positive influence on the properties and the processability of thermoplastic starch mixtures even in low concentrations.
  • Component A) of the starch mixture according to the invention is an essential component in the mixture according to the invention.
  • Component A) is one or more starches, one or more of their derivatives or mixtures of starch and starch derivatives.
  • starches obtained from vegetable raw materials. These include starches from tubers, such as potatoes, cassava, maranta, batata, from seeds such as wheat, corn, rye, rice, barley, millet, oats, sorghum, from fruits such as chestnuts, acorns, beans, peas, and the like. a. Legumes, bananas, and from vegetable pulp, e.g. B. the sago palm.
  • starches which can be used in the context of the invention essentially consist of amylose and amylopectin, in varying proportions. Particularly good results are obtained, among other things, with starches made from potatoes (e.g. ® Toffena from SüdStar) and corn (e.g. Maize Starch from National Starch) or polyglucans, which are characterized by a perfectly linear structure of the Mark up polymers.
  • potatoes e.g. ® Toffena from SüdStar
  • corn e.g. Maize Starch from National Starch
  • polyglucans which are characterized by a perfectly linear structure of the Mark up polymers.
  • the molecular weights of the starches useful according to the invention can vary over a wide range.
  • Starches which essentially consist of a mixture of amylose and amylopectin and have molecular weights M w in the range between 5 ⁇ 10 4 and 1 ⁇ 10 7 can be used as the basis of the thermoplastic mixture according to the invention.
  • Longer-chain polymers with molecular weights M w of between 1 ⁇ 10 6 and 5 ⁇ 10 6 are preferred.
  • Linear polysaccharides preferably polyglucans, in particular 1,4-aD polyglucan, with molecular weights M w in the range between 5 ⁇ 10 2 and 1 ⁇ 10 5 , preferably with molecular weights M w between 1 ⁇ 10 3 , are also preferred and 5 x 10 4 .
  • the invention also includes those thermoplastic mixtures or molding compositions with starches that are chemically modified, obtained by fermentation, are recombinant in origin or were produced by biotransformation (also: biocatalysis).
  • the invention understands "chemically modified starches” to mean starches in which the properties have been changed chemically compared to the natural properties. This is essentially achieved by polymer-analogous reactions in which starch is treated with mono-, bi- or polyfunctional reagents or oxidizing agents.
  • the hydroxyl groups of the starch polyglucans are preferably converted by etherification, esterification or selective oxidation, or the modification is based on a radical method initiated graft copolymerization of copolymerizable unsaturated monomers onto the starch backbone.
  • starch esters such as xanthates, acetates, phosphates, sulfates, nitrates, starch ethers, such as.
  • nonionic, anionic or cationic starch ethers oxidized starches such as dialdehyde starch, carboxy starch, persulfate-degraded starches and similar substances.
  • “Fermentative starches” in the parlance of the invention are starches which can be obtained by fermentative processes using organisms which occur in nature, such as fungi, algae or bacteria, or which can be obtained by means of fermentation processes.
  • starches from fermentative processes include, among others, gum arabic and related polysaccharides (Gellan Gum, Gum Ghatti, Gum Karaya, Gum Tragaeauth), xanthan, Emulsan, Rhamsan, Wellan, Schizophyllan, Polygalacturonate, Laminarin, Amylose, Amylopectin and Pectins.
  • Starches of recombinant origin or “recombinant starches” means in particular starches which are obtained by fermentative processes using organisms which do not occur in nature, but modified with the aid of genetic engineering methods, such as natural organisms such as fungi, algae or bacteria Switching on and with the help of fermentative processes.
  • starches from fermentative, genetically modified processes include amylose, amylopectin and other polyglucans.
  • Starches produced by biotransformation means in the context of the invention that starches, amylose, amylopectin or polyglucans are produced by a catalytic reaction of monomeric building blocks, generally oligomeric saccharides, in particular mono- and disaccharides, using a biocatalyst (also: enzyme) is used under special conditions.
  • biocatalyst also: enzyme
  • starches from biocatalytic processes include polyglucan and modified polyglucans, polyfructan and modified polyfructans.
  • thermoplastic mixtures can also be obtained using derivatives of the individual starches mentioned.
  • derivatives of starches or “starch derivatives” generally mean modified starches, i. H. starches in which the natural amylose / amylopectin ratio has been changed in order to change their properties, a pre-gelatinization has been carried out, which have undergone partial hydrolytic degradation or which have been chemically derivatized.
  • starches include oxidized starches, e.g. B. dialdehyde starch or other oxidation products with carboxyl functions, or native ionic starches (z. B. with phosphate groups) or ionically further modified starches, both anionic and cationic modifications come under this term.
  • oxidized starches e.g. B. dialdehyde starch or other oxidation products with carboxyl functions
  • native ionic starches z. B. with phosphate groups
  • ionically further modified starches both anionic and cationic modifications come under this term.
  • thermoplastic mixtures are obtained if starches are used which have only a small proportion of other compounds which are not attributable to the saccharides (e.g. proteins, fats, oils) (for example and in particular potato starch), or ionic starches as Base material or as an admixture and / or by their uniformity in terms of structure, molecular weight and purity outstanding polyglucans, z.
  • starches which have only a small proportion of other compounds which are not attributable to the saccharides (e.g. proteins, fats, oils) (for example and in particular potato starch), or ionic starches as Base material or as an admixture and / or by their uniformity in terms of structure, molecular weight and purity outstanding polyglucans, z.
  • 1,4-a-D-polyglucan produced by biotransformation can be used as a starch base.
  • thermoplastic mixture according to the invention is arithmetically corrected with respect to component A) or a mixture of components A) to a water content of zero percent. That is, the water content of component A) is determined and deducted accordingly when dimensioning 100 parts by weight, but is taken into account when dimensioning component C).
  • Component B) of the thermoplastic mixture according to the invention Starch base
  • Component B) of the thermoplastically processable mixture according to the invention is an optional component.
  • Components B) which can be used successfully in the context of the invention include, inter alia, gelatin, vegetable proteins such as sunflower protein, soy protein, cotton seed protein, peanut protein, rapeseed protein, plasma proteins, protein, egg yolk and the like.
  • component B Also of interest as component B) are polysacetarides which differ from the starches mentioned under A).
  • Water-soluble polysaccharides such as alginic acid and its salts, carrageenans, furcellaran, guar gum, agar-agar, gum arabic and related polysaccharides (gum ghatti, gum karaya, gum tragaeauth), tamarind gum, xanthane gum, aralia gum, carob bread are preferred ( ' locust bean gum ' ), arabinogalactan, pullulan, chitosan, dextrins, cellulose.
  • alginic acid and its salts, carrageenans, furcellaran, guar gum, agar-agar, gum arabic and related polysaccharides (gum ghatti, gum karaya, gum tragaeauth), tamarind gum, xanthane gum, aralia gum, carob bread are preferred ( ' locust bean gum ' ), arabinogalactan, pullulan, chitosan, dextrins
  • Additions of lentinan, laminarin, chitin, heparin, inulin, agarose, galactans, hyaloronic acid, dextrans, dextrins and / or glycogen can also have a favorable effect.
  • Component C) of the mixture according to the invention is an essential component.
  • Water is contained in the mixture of the invention in an amount of 1 part by weight to 100 parts by weight. If the amount of water is below one part by weight, the destructuring and homogenization of the mixture is insufficient. If the water content is greater than 100 parts by weight, there is a risk that the viscosity of the mixture is too low.
  • Favorable ranges are between about 10 and 75 parts by weight of water. The range between 20 and 60 parts by weight is of particular interest.
  • the water content is preferably between one and to). If the water content is approximately half the sum of the parts by weight A) and B), the thermoplasticization of the entire mixture is particularly good. Preferred water contents are also between about 5 and (A) + B)) / 2 parts by weight, water parts between 10 and (A) + B)) / 3 parts by weight are particularly useful.
  • the amount of water C) also includes the water contents of other components to be taken into account, in particular the amount of water bound or contained in component A) or, if appropriate, water bound or contained in compounds E).
  • component C is essentially not critical. You can use demineralized water, deionized water or tap water or water of other origin just as well, provided that the water content of salts or other foreign substances is tolerable with regard to the intended use.
  • Component D) is essentially contained in the mixture according to the invention.
  • the amount of component D) is of particular importance, i. H. freely selectable only within defined limits.
  • One or more plasticizers are contained in the composition of the invention in an amount in the range from 10 parts by weight to half the sum of parts by weight A) and B). If the content of plasticizing compounds is below 10 parts by weight, the plasticization is not sufficient, even with higher mechanical and / or thermal energies. If the plasticizer content exceeds an amount which corresponds to half the sum of parts by weight A) and B), no appreciably better plasticization of the mixture is observed.
  • Plasticizer amounts in the range from 12.5 to (A) + B)) / 2 parts by weight are favorable; contents of plasticizers in the range from 15 to (A) + B)) / 4 parts by weight are particularly expedient.
  • plasticizing In the context of the invention, the terms plasticizing,
  • Plasticizers plasticizers, or elasticizers synonymous with plasticizers.
  • All indifferent, preferably organic, substances with generally low vapor pressure can be used, which, without chemical reaction, preferably through their dissolving and swelling capacity, but also without such, interact physically with components A) and optionally B) and form a homogeneous system with them.
  • Component D) to be used according to the invention preferably gives the mixture a lower freezing temperature, increased shape-changing capacity, increased elastic properties, reduced hardness and, if appropriate, increased adhesion.
  • Preferred plasticizers according to the invention are odorless, colorless, light, cold and heat resistant, low hygroscopic, water resistant, not harmful to health, hardly flammable and as little volatile, neutral reaction, miscible with polymers and auxiliaries and have good gelling behavior. In particular, they should have compatibility, gelling power and plasticizing activity with respect to components A) and optionally B).
  • the compounds to be used according to the invention as component D) should have low migration, which is particularly important for applications of the shaped bodies according to the invention in the food sector.
  • plasticizing components D) include, among others, dimethyl sulfoxide, 1, 3-butanediol, glycerin, ethylene glycol, propylene glycol, diglyceride, diglycol ether, formamide, N, N-dimethylformamide, N-methylformamide, dimethylacetamide, N-methylacetamide and / or N, N ' -dimethylurea.
  • Polyalkylene oxide, glycerol mono-, di- or triacetate, sorbitol, or other sugar alcohols, such as erythritol, sugar acids, such as gluconium, are also particularly useful.
  • Component E) is essential for the mixture according to the invention.
  • component E) is contained in the mixture according to the invention in amounts between 0.01 parts by weight and (A) + B)) / 10 parts by weight. At least 0.1 part by weight is preferred, preferably 0.1 - (A) + B)) / 20 parts by weight.
  • component E) is phosphates.
  • this includes salts and esters of the various phosphates.
  • the salts of the various phosphoric acids are far preferred for the invention.
  • one or more salts and / or esters of the various phosphoric acids, and therefore one or more phosphates can form component E) as component E).
  • ortho-phosphates of the general formulas M'H 2 PO 4 for example NaH 2 PO 4
  • M "(H 2 PO 4 ) 2 for example Ca ( H 2 PO 4 ) 2
  • secondary orthophosphates of the general formulas M ' 2 HPO 4 or M "HPO 4 eg K 2 HPO 4 , CaHPO 4
  • tertiary orthophosphates of the general formulas M' 3 PO 4 or M " 3 (PO 4 ) 2 e.g.
  • M 'for a monovalent cation such as + NRR ' R “ R '” , where R, R ' , R “ and R '” are independently the same or differently represent hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 -C 8 ) -aryl, preferably phenyl, alkali metal ion, preferably Na + or K + , M "for a divalent cation, preferably alkaline earth metal ion , particularly preferably Ca 2+, is used.
  • component E is also the group of the condensed phosphates, which are derived from the acid salts of orthophosphoric acid and form as a result of heating, which in turn can be divided into metaphosphates (systematic name: cyclopolyphosphates) and polyphosphates (systematic name: catena -Polyphosphate).
  • systematic name cyclopolyphosphates
  • polyphosphates systematic name: catena -Polyphosphate
  • Preferred representatives include, among others, Graham's salt, Kurrol's salt and Maddrell's salt as well as melting or glow phosphates.
  • Particularly useful modifiers E) include metaphosphates of the general formula M ' n [P n O 3n ], in which M 1 is a monovalent cation, preferably metal ion, advantageously alkali metal ion, preferably Na + or K + , or + NRR ' R “ R '” , in which R, R ' , R " and R '", independently of one another, are the same or different for hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 -C 8 ) -aryl, preferably phenyl, is and n is a whole natural positive number, preferably in the range between 3 and 10.
  • those metaphosphates are preferred in which n is 3, 4 or 5 and M 'is sodium or potassium.
  • Most preferred are sodium trimetaphosphate, sodium tetrametaphosphate and sodium pentametaphosphate.
  • M ' is a monovalent cation, preferably metal ion, suitably alkali metal ion, preferably Na + or K + , or + NRR ' R " R '” , in which R, R ' , R " and R '", independently of one another, are the same or different for hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 - C 8 ) aryl, preferably phenyl, and n is a whole natural positive number greater than 2.
  • sodium and potassium polyphosphates in which n> 10 are preferred.
  • polyphosphates of the general formula M ' n + 2 [P ⁇ O 3n + 1 ] are used, in which M' is a monovalent cation, preferably metal ion, advantageously alkali metal ion, preferably Na + or K + , or + NRR ' R " R " ⁇ where R, R ' , R “and R '” are, independently of one another, the same or different for hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 -C 8 ) aryl, preferably phenyl, and n is a whole natural positive number in the range between 3 and 10 ,.
  • pentasodium tripolyphosphate is preferred.
  • thermoplastic mixture according to the invention is distinguished in a particular embodiment in that component E) is an alkali metal salt of a metaphosphate or polyphosphate.
  • thermoplastic mixture according to the invention results from the fact that component E) is sodium trimetaphosphate, sodium metaphosphate, sodium polyphosphate and / or sodium hexametaphosphate, preferably sodium polyphosphate.
  • the phosphates mentioned can have a different degree of hydration. Due to the relatively small proportions of component E) in the thermoplastic mixture, this water content is generally irrelevant when determining the parts by weight of E) and is not harmful because of the essential component C).
  • Component F) of the mixture according to the invention is optional, ie it does not have to be present in the mixture according to the invention. It can be one or more substances which can be used in total as component F) in amounts of up to 200 parts by weight, preferably not more than 100 parts by weight.
  • additives or additives include fillers, lubricants that differ from the plasticizers mentioned under D), flexibilizing agents, pigmenting agents, dyes, mold release agents and others.
  • Suitable fillers are, for example, synthetic polymers which are virtually soluble in the mixture, such as polymers based on lactic acid, such as ® Lacea from Mitsui, ® Resomer from Boehringer Ingelheim, and other polymers based on lactic acid and related polymers of lactic acid, from Wako Pure Chemical Industries Ltd., Medisorb Co., Birmingham Polymers, Inc., Polysciences Inc., Purac Biochem BV, Ethicon, Cargill or Chronopo, it being clear that this list cannot correspond to an absolute completeness.
  • polyesters made of preferably physiologically harmless hydroxycarboxylic acids for example polyhydroxybutter co-valeric acids, in particular polyester from the ®Biopol brand, etc.
  • At least one inorganic filler such as magnesium oxide, aluminum oxide, SiO 2 , TiO 2 , etc.
  • Organic or inorganic pigments are particularly suitable for coloring the mixture, especially also biocompatible, i.e. so-called pearlescent pigments to be classified as harmless to living organisms, based on silicate structures, which in principle can therefore be classified as edible and are used in amounts between 0.001 and 10 parts by weight.
  • Animal or vegetable fats and / or lecithins, which are preferably used in hydrogenated form, are particularly suitable for improving the flow properties, these fats and other fatty acid derivatives preferably having a melting point of greater than 50.degree.
  • a crosslinking agent can be added to the mixture in minor amounts in order to chemically modify the starch.
  • Alkyl siloxanes are preferably used in amounts of up to 5 parts by weight.
  • crosslinking agents are, inter alia, di- or polyvalent carboxylic acids and their anhydrides, acid halides of di- or polyvalent carboxylic acids, acid amides of di- or polyvalent carboxylic acids, derivatives of di- or polyvalent inorganic acids which are different from component E) , Epoxides, formaldehyde and / or urea derivatives, divinyl sulfones, isocyanates, oxo compounds and / cyanamide, these compounds also being particularly suitable for chemical modification subsequent to thermoplastic processing and can thus contribute to further improvement, in particular of the mechanical properties.
  • Components A) to F) of the mixture according to the invention are mixed with one another in such a way that at least the mixing of component E) with component A) takes place with the introduction of thermal and mechanical energy into the thermoplastic mixture.
  • the mechanical and thermal energy are introduced simultaneously, e.g. B. by working under elevated temperature and simultaneously applying shear forces to the thermoplastic mixture to be plasticized on a starch basis.
  • the mixtures are more homogeneous at higher temperatures.
  • the temperatures should not be too high to avoid unnecessary discoloration or decomposition of the molding compounds.
  • the thermoplastic mixture of the invention can be obtained in a preferred modification by mixing at temperatures in the range from> 60 ° C. to 200 ° C.
  • the homogenization of the mixture increases with the performance. I.e. the higher the power introduced into the mixing unit, the better the homogenization of the thermoplastic starch mixture.
  • a further modification of the invention therefore provides a thermoplastic mixture which can be obtained by mixing under the action of high-shear mixing units, the energy introduced into the mixture being able to be derived in particular from the performance of the processing machines used. Processing is possible, above all, with apparatuses whose plasticizing elements are equipped with torques in the range from 5 to 300 Nm (1 Newton meter). Processing with a torque in the range from 10 to 100 Nm has proven to be advantageous. Processing in a torque range of 20 to 40 Nm is preferred.
  • a particularly favorable absorption of thermal and / or mechanical energy by the mixture is achieved if the components of the mixture according to the invention are mixed and homogenized in a plastic processing machine, such as an extruder, kneader or similar units.
  • the process can preferably be carried out on single or twin screw extruders. These are preferably composed of individual housings which have temperature-controlled jackets.
  • the design of the screws is not subject to any restrictions; conveying elements (with or without shear edges), kneading elements and / or mixing elements can be present.
  • conveying elements with or without shear edges
  • kneading elements and / or mixing elements can be present.
  • Use elements in the extruder to influence and control residence time and mixing properties.
  • ingredients A) to F) are mixed can also be particularly important.
  • the invention thus also relates to a process for producing a thermoplastic mixture based on starch, in which
  • thermoplastic mixture takes place.
  • This procedure differs significantly in terms of type and effect from the known prior art.
  • thermoplastic mixtures based on starch the starch grain was exclusively and always directly modified, or crosslinking was brought about by a high addition of parts by weight of the phosphate and subsequent thermal treatment Molding compounds that are no longer accessible to thermoplastic processing.
  • the procedure according to the invention ensures that not only the surface of the starch grain, but also the starch in the entirety of its molecules is preferably modified on the starch backbone. This leads to different types of products, the improved properties of which were not easily predictable.
  • Addition of component E) during processing in the homogenization or mixing unit, such as in a kneader or extruder, under alkaline to acidic conditions means that the reaction with starch, starch derivatives or admixed proteins is only to a minor extent equivalent to crosslinking. That the focus is on the modification of the polymer backbone.
  • degree of substitution The number of hydroxyl groups per glucose unit of starch, which is replaced by another functional group (phosphates), is referred to as the degree of substitution DS (“degree of substitution”).
  • a degree of substitution DS of 1.0 only means that, on average, one hydroxyl group on each grucose unit is replaced by one substituent. That is, a DS of 1.0 does not necessarily mean that there is a substituent next to two unsubstituted hydroxyl groups on each glucose unit.
  • native starch per se can contain phosphate groups.
  • the degree of substitution is in the range of about 0.001. This means that, purely statistically, a phosphate group is present in the polymer approximately every 300 glucose units.
  • a significantly higher DS is achieved by the modification with phosphates (component E)) during the plasticization.
  • component E phosphates
  • the DS for component A) modified according to the invention is preferably in the range from 0.05 to 0.5.
  • the DS is particularly useful from 0.1 to 0.3.
  • the reaction of the phosphate can also couple the plasticizer to the starch backbone with suitable reaction control, which ultimately - especially during processing - leads to a reduction in the migration of the plasticizer from the mixture.
  • the plasticizing effect of the plasticizer is not close, which enables the destructuring of the starch in the sense of an opening of the starch grain.
  • this possibility of interpreting the reactions that lead to the surprisingly found results does not exclude other possibilities of interpretation.
  • thermoplastic molding composition according to the invention can be processed into products by the known processing methods. So it can e.g. B. granulated or pelletized in a first step.
  • the invention thus also relates to granules which can be obtained by extrusion and pelletization from the thermoplastic mixture according to the invention.
  • biodegradable moldings or films with improved properties preferably improved mechanical properties
  • the invention also includes the use of the thermoplastic mixtures for the production of molded parts or films.
  • thermoplastic molding compositions and the shaped articles and films obtained by further processing are distinguished in that the admixture of the essential component E) achieves both increased temperature resistance and an improvement in flame resistance.
  • the products according to the invention thus cover a large number of possible uses.
  • These include, in particular, adhesive adhesives for paper and corrugated cardboard, moldings which are produced by injection molding, in particular rods, tubes, bottles, capsules, granules, food additives, films, as coatings or free-standing films, also as laminates, especially Films, packaging materials, pouches, controlled release release materials of active substances in general, in particular pharmaceuticals, pesticides or other active substances, fertilizers, flavorings etc. used in agro-culture, etc.
  • the active substance can be released from films, foils, compacts, particles, microparticles, rods or other extrudates or other shaped articles.
  • Further preferred applications include food packaging, in particular sausage or cheese casings, absorbers, powder and the like.
  • thermoplastic mixtures according to the invention are used for the production of moldings for the controlled release of active substances, such as tablets or coated tablets.
  • thermoplastic mixture according to the invention relates to the production of moldings which are suitable for the production of solid moldings, hollow bodies or combinations thereof.
  • thermoplastic mixture according to the invention is in the production of films for use in agriculture.
  • the invention provides for the use of the thermoplastic mixture for the production of films for use in food applications.
  • thermoplastic mixture Another special use according to the invention of the thermoplastic mixture lies in the production of films for use as food packaging.
  • thermoplastic mixture according to the invention results in the production of films for use as food packaging with full surface contact with the food.
  • thermoplastic mixture according to the invention in which flat or tubular films are produced for use as food casings for sausage and cheese.
  • thermoplastic as temporary protective films for technical articles of daily use.
  • thermoplastic processable blend of potato starch with sodium polyphosphate, gum arabic and glycerin Production of a thermoplastic processable blend of potato starch with sodium polyphosphate, gum arabic and glycerin:
  • the compounds are provided in a commercially available kneading unit (Brabender kneader).
  • the kneading unit is heated to 100 ° C.
  • 30 g of potato starch ( ® Toffena from SüdStar) are added while the kneading unit is in the operating state.
  • 0.9 g of NaCO 3 are dissolved in 10 g of water and added to the potato starch in the kneader.
  • the mixture is homogenized. The process takes about 3 minutes.
  • 9 g of gum arabic are added at once. It is homogenized again.
  • 9 g of glycerin are added in portions (about 3 portions of equal size, each with a 2-minute kneading interval between the additions).
  • thermoplastic mass After a further 2 minutes, 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) dissolved in 5 ml of water are added. The entire mixture is kneaded for a further 2 minutes. The mass is removed while the device is still heated. The product is a homogeneous Mass that is slightly yellow in color. It is a non-transparent product. After cooling, the thermoplastic mass can be processed further.
  • the films obtained from thermoplastic processing of the product are transparent and show good mechanical strength.
  • thermoplastic blend mixture from potato starch with sodium polyphosphate and gum arabic:
  • the mass is removed while the device is still heated.
  • the product is a homogeneous mass that is light brown in color. It is a non-transparent product that tends to become brittle. Further processing, in particular into foils or films, can only be achieved after the molding compound has been washed beforehand.
  • thermoplastically processable blend of casein and potato starch with sodium polyphosphate Production of a thermoplastically processable blend of casein and potato starch with sodium polyphosphate:
  • the connections are made in a commercially available kneading unit (working kneader).
  • the kneading unit is heated to 100 ° C.
  • 20 g of casein and 10 g of potato starch (Toffena from SüdStar) are added in the operating state of the kneading unit.
  • 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Ha- en) added dissolved in 5 ml of water. It is homogenized for 3 minutes.
  • 6 g of glycerin are then added in portions (about 3 portions of equal size, each with a 2-minute kneading interval between the additions). It is homogenized for a further 2 minutes.
  • the product is a slightly yellowish, thermoplastically deformable mass that can be further processed immediately after being removed from the kneading unit while it is still heated or after it has cooled.
  • thermoplastic processing The films obtained from thermoplastic processing are transparent and show good mechanical properties in terms of elongation at break and tensile strength.
  • thermoplastically processable blend of potato starch with sodium polyphosphate Production of a thermoplastically processable blend of potato starch with sodium polyphosphate:
  • the procedure is analogous to that described in Example 1.
  • the kneading unit (Brabender) is heated to 100 ° C.
  • 30 g of potato starch (Toffena from SüdStar) are added while the kneading unit is in operation.
  • 0.9 g of Na 2 CO 3 dissolved in 10 ml of water are immediately added. It is homogenized for 3 minutes.
  • 15 g of glycerin are then added in portions (about 3 portions of equal size, each with a 2-minute kneading interval between the additions).
  • It is homogenized for a further 2 minutes and then 0.15 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) in 5 ml is added.
  • the experiment is ended after a further homogenization phase.
  • the product is a slightly yellowish, thermoplastic material that can be processed after cooling.
  • thermoplastic processing are transparent and show very high mechanical strengths.
  • the film thicknesses range from 100 to 150 mm.
  • the flexibility of the foils permits further processing, for example filling with food.
  • thermoplastic processable blend of potato starch and casein with sodium polyphosphate Production of a thermoplastic processable blend of potato starch and casein with sodium polyphosphate:
  • the procedure is analogous to that described in Example 1.
  • the kneading unit is heated to 120 ° C. 21 g of potato starch (Toffena from SüdStar) and 9 g of casein are added in the operating state of the kneading unit (Brabender). 0.9 g of NaCO 3 are dissolved in 10 g of water and added to the mixture of casein and potato starch in the kneader. The mixture is homogenized. The process takes about 3 minutes. Then 1.5 g of Pluronic F 68 in 10 ml of water and 6 g of glycerol are added in succession. It is homogenized again.
  • thermoplastic mass After about 2 minutes, 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) dissolved in 5 ml of water are added. The entire mixture is kneaded again for a further 2 minutes. The mass is removed while the device is still heated. The product is a very white, homogeneous mass. After cooling, the thermoplastic mass can be processed further.
  • the films obtained from thermoplastic processing are opaque.
  • the film thickness is approximately 160 to 200 mm.
  • thermoplastically processable blend of casein and corn starch with sodium polyphosphate Production of a thermoplastically processable blend of casein and corn starch with sodium polyphosphate:
  • the procedure is analogous to that described in Example 1.
  • the kneading unit (Brabender) is heated to 100 ° C. 24 g casein and 6 g corn starch are in the Operating state of the kneading unit added. After a short time, 10 ml of water and 4 g of glycerin are added. After a further brief homogenization phase, 0.8 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) in 2 ml of water are added. The experiment is ended after a further homogenization phase. The product is a slightly yellowish, thermoplastically deformable mass that can be processed after cooling.
  • thermoplastic processing pressing technique
  • the films obtained from thermoplastic processing are slightly opaque and show high mechanical strength.
  • the film thicknesses range from 170 to 190 mm.
  • the flexibility of the foils permits further processing, for example filling with food.
  • thermoplastically processable blend of casein and potato starch with sodium polyphosphate Production of a thermoplastically processable blend of casein and potato starch with sodium polyphosphate:
  • the procedure is analogous to that described in Example 1.
  • the kneading unit (Brabender) is heated to 100 ° C.
  • 15 g of casein and 15 g of potato starch e.g. Toffena from SüdStar
  • 1.5 g of citric acid in 10 ml of water and 6 g of glycerin are added.
  • 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) in 5 ml of water are added.
  • the experiment is ended after further homogenization.
  • the product is a yellowish, homogeneous, solid mass that can be processed after cooling.
  • thermoplastic processing press technology
  • the films obtained from thermoplastic processing are yellowish and transparent to slightly opaque.
  • the foils are very thin and range from 80 to 100 mm.
  • Example e Production of foils by means of pressing technology from the thermoplastic molding compositions produced in Examples 1 to 7:
  • thermoplastic molding composition as described is as follows.
  • a commercially available press from Schwabenthan (Polystat 300 S) is used for this.
  • the press is preheated to 100 ° C.
  • the sample preparation is carried out in a "sandwich technique" between two tissue-reinforced polytetrafluoroethylene (PTFE, ® Teflon), which are kept at a distance with an approximately 100 mm thick metallic frame.
  • PTFE, ® Teflon tissue-reinforced polytetrafluoroethylene
  • About 2 g of the mass produced in the kneader are mixed in during the preparation
  • the sample is heated for 5 minutes at 100 ° C. and a pressure of 1 t, and then the sample is pressed at 100 ° C. for 5 minutes and a pressure of 10 t, which corresponds to a pressure of 200 bar.
  • the press is relieved and the sample is transferred to another press for cooling, which is a water-cooled press from Robert Fuchs Hydraulische Maschinen und horrificate. During the cooling process over a period of 2 minutes, a pressure of 50 The sample can then be taken to be used for further investigations, and it should be noted that storage in air depends on the hydrophi iie the materials used shows signs of aging due to fluctuating water content.
  • thermoplastically processable blend mixture from corn starch with a high content of sodium polyphosphate:
  • the connections are made in a commercially available kneading unit (IKA duplex kneader).
  • the kneading unit is heated to 100 ° C.
  • 150 g of potato starch (maize starch from National Starch) and 45 g of glycerin are added in the operating state of the kneading unit.
  • 5.0 g of NaCO 3 are dissolved in 50 g of water and added to the corn starch in the kneader.
  • the mixture is homogenized siert. The process takes about 5 to 10 minutes, during which time the mixture becomes glassy.
  • 15 g of sodium triphosphate (Riedel de Haen) are then dissolved in 25 ml and added. The entire mixture is kneaded for a further 5 minutes. The mass is removed while the device is still heated.
  • thermoplastically processable blend mixture from corn starch without sodium polyphosphate:
  • the connections are made in a commercially available kneading unit (IKA duplex kneader).
  • the kneading unit is heated to 100 ° C.
  • 150 g of potato starch (maize starch from National Starch) and 45 g of glycerin are added in the operating state of the kneading unit.
  • 5.0 g of NaCO 3 are dissolved in 50 g of water and added to the corn starch in the kneader.
  • the mixture is homogenized. The process takes about 5 to 10 minutes, during which time the mixture becomes glassy.
  • the entire mixture is kneaded for a further 5 minutes.
  • the mass is removed while the device is still heated.
  • thermoplastic molding compositions are further processed into films using the pressing technique described here.
  • a commercially available press from Schwabenthan (Polystat 300 S) is used for this.
  • the press is preheated to 100 ° C.
  • the sample preparation takes place in a "sandwich technique" between two tissue-reinforced Teflon foils, which are kept at a distance with an approximately 100 mm thick metallic frame.
  • About 2 g of the mass produced in the kneader are placed in the middle of the bottom slide during preparation.
  • the sample is tempered for 5 minutes at 100 ° C and a pressure of 1 t.
  • the sample is then pressed at 100 ° C. for 5 minutes and a pressure of 10 liters. This corresponds to a pressure of 200 bar.
  • the press is relieved and the sample is transferred to another press for cooling. This is a water-cooled press from Robert Fuchs Hydraulische Maschinen undificate. A pressure of 50 bar is applied during the cooling process over a period of 2 minutes
  • a film measuring 5 cm by 5 cm is placed on a ring with an inner diameter of 3 cm. Fixation is achieved with metal clips so that slight air movements on the fixation of the foils do not change anything.
  • the ring is fixed in a horizontal arrangement via a holding rod attached to the ring in such a way that the film is in a parallel arrangement at a height of 20 cm above the laboratory bench.
  • An open flame is arranged below the ring, which provides identical energies per time for all examinations and has a height of 1-2 cm.
  • the upper limit of the open flame is 5 cm +/- 0.5 cm from the film.
  • the times are measured with a stopwatch which are necessary to achieve a charring of the film which comprises more than 50% of the ring area covered by the thermoplastic film. Averages of ten measurements each are formed.

Abstract

The invention relates to a thermoplastic mixture with a starch base, for producing biodegradable moulded bodies with improved properties, preferably improved mechanical properties. The inventive thermoplastic mixture can be obtained by providing and mixing; A) 100 weight parts of any native, chemically modified, fermentative starch which is recombinant and/or produced by biotransformation and corrected to a water content of zero per cent by calculation, and/or derivatives of said starches, B) optionally up to 100 weight parts of a physiologically harmless, biodegradable, thermoplastically processable polymeric material which is different from A), C) 1 to 100 weight parts of water, D) at least one plasticiser in a quantity of between 10 weight parts to half of the sum of the weight parts of A) and B), E) at least one phosphate, preferably a phosphoric acid salt, in a quantity of between 0.01 weight parts and (A)+B))/10 weight parts, and F) optionally, up to (A)+B)) weight parts of other usual additives. At least the mixing of constituents A and A) is carried out with the introduction of heat and mechanical energy, preferably at a high temperature with shearing forces being applied to the thermoplastic mixture simultaneously.

Description

THERMOPLASTISCHE MISCHUNG AUF STÄRKEBASIS ZUR HERSTELLUNG VON BIOLOGISCH ABBAUBAREN FORMKÖRPERNTHERMOPLASTIC MIXTURE BASED ON THE STRENGTH FOR THE PRODUCTION OF BIODEGRADABLE MOLDED BODIES
Thermoplastische Mischung auf Stärkebasis zur Herstellung von biologisch abbaubaren Formkörpern mit verbesserten Eigenschaften, vorzugsweise verbesserten mechanischen Eigenschaften, Herstellung der Mischung sowie VerwendungThermoplastic mixture based on starch for the production of biodegradable moldings with improved properties, preferably improved mechanical properties, production of the mixture and use
Die Erfindung bezieht sich auf thermoplastische Mischungen auf Stärkebasis, die Herstellung solcher Mischungen sowie die Verwendung dieser Mischungen zur Herstellung von biologisch abbaubaren Formkörpern, vorzugsweise mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, wie Formteilen oder Folien.The invention relates to thermoplastic mixtures based on starch, the production of such mixtures and the use of these mixtures for the production of biodegradable moldings, preferably with improved mechanical properties, such as moldings or films.
Stärke als biokompatibles Material besitzt den hohen Vorteil einer grundsätzlich g- uten biologischen Abbaubarkeit. Im Zuge des vermehrten Einsatzes von sog. hydrophilen Polymeren als natürliche und damit physiologisch verträgliche und abbaubare Kunststoffe für vielfältigste Anwendungsbereiche, werden auch erhebliche Anstrengungen unternommen, Stärke mittels der bekannten Kunststoffverarbeitungstechniken zu verarbeiten, d. h. zum Beispiel mittels Spritzguß und Extrusion. Allerdings mangelt es daraus hergestellten Produkten, wie Formteilen oder Folien, häufig an ausreichenden mechanischen Eigenschaften, wie zum Beispiel an einer hinreichenden Festigkeit oder einer genügenden Formstabilität.Starch as a biocompatible material has the great advantage of generally good biodegradability. In the course of the increased use of so-called hydrophilic polymers as natural and thus physiologically compatible and degradable plastics for a wide variety of applications, considerable efforts are also being made to process starch by means of the known plastics processing techniques, i.e. H. for example by means of injection molding and extrusion. However, products made from them, such as molded parts or foils, often lack sufficient mechanical properties, such as sufficient strength or sufficient dimensional stability.
Abhilfe kann bedingt durch chemische Abwandlung der Stärke geschaffen werden. Reaktionen, die zur Modifikation von Stärke eingesetzt werden sind legion. Darunter fallen oxidative Prozesse, polymeranaloge Umsetzungen mit organischen Chemikalien, Vernetzungsreaktionen oder auch Pfropfpoiymerisationen, bei denen Monome- re ausgehend von Stärke als Initiator an das Rückgrat gekoppelt werden.This can be remedied by chemical modification of the starch. Reactions used to modify starch are legion. These include oxidative processes, polymer-analogous reactions with organic chemicals, cross-linking reactions or graft polymerizations in which monomers are coupled to the backbone based on starch as an initiator.
Bei der Weiterverarbeitung von Stärkemischungen mittels herkömmlicher Polymerprozeßtechnologie ist in den überwiegenden Fällen ein Aufschmelzen der Polymermischung von Interesse (z. B. Spritzguß, Blasformung, Extrusion, Coextrusion). Dafür ist ein thermoplastisches Verhalten der Formmassen auf Stärkebasis erforderlich.When processing starch mixtures by means of conventional polymer process technology, in most cases it is of interest to melt the polymer mixture (eg injection molding, blow molding, extrusion, coextrusion). This requires a thermoplastic behavior of the starch-based molding compositions.
Versucht man, das thermoplastische Verhalten der Stärke durch Vernetzung zu ver- bessern, wobei oftmals bifunktionelle Moleküle auf der Basis von Aldehyden eine wichtige Rolle spielen, wie etwa Glyoxal, Glutardialdehyd, Dialdehydstärke, aber auch auf der Basis von Diisocyanaten, Epoxiden, Epichlorhydrin, Diester, etc., kann es bei einem zu hohen Gehalt an Vernetzer dazu kommen, daß das Ausmaß der Vernetzungsreaktion dem gewünschten Effekt, welcher in einer besseren Plastifizie- rung der Stärke besteht, entgegenwirkt. Insbesondere resultiert eine stärkere Vernetzung in einem unlöslichen aber quellbaren Produkt.Attempts are made to improve the thermoplastic behavior of the starch by crosslinking, bifunctional molecules based on aldehydes often playing an important role, such as glyoxal, glutardialdehyde, dialdehyde starch, but also based on diisocyanates, epoxides, epichlorohydrin, diesters , etc., if the crosslinker content is too high, the extent of the crosslinking reaction can counteract the desired effect, which consists in better plasticization of the starch. In particular, stronger networking results in an insoluble but swellable product.
Zum näheren Stand der Technik werden die DruckschriftenThe publications become closer state of the art
WO 90/05161 (PCT/CH89/00185) = D1 , DE-A 39 31 363 = D2,WO 90/05161 (PCT / CH89 / 00185) = D1, DE-A 39 31 363 = D2,
US 2,801 ,242 = D3,US 2.801, 242 = D3,
US 2,938,901 = D4,US 2,938,901 = D4,
US 2,328,537 = D5,US 2,328,537 = D5,
WO 94/21236 = D6, EP-A 0 143 643 = D7,WO 94/21236 = D6, EP-A 0 143 643 = D7,
DE-A 2 308 886 = D8,DE-A 2 308 886 = D8,
EP-A 0 391 853 = D9,EP-A 0 391 853 = D9,
EP-A 0 298 920 = D10 undEP-A 0 298 920 = D10 and
Solarek, D. B., in „Modified Starches: Properties and Uses, 1986, p. 97-112, Hrsg. Otto B. Publisher, Boca Raton, Florida = D11. genannt.Solarek, D. B., in "Modified Starches: Properties and Uses, 1986, p. 97-112, ed. Otto B. Publisher, Boca Raton, Florida = D11. called.
D1 beschreibt die Herstellung thermoplastisch verarbeitbarer Stärke durch Beimischung eines Zuschlagstoffes zu im wesentlichen nativer oder natürlicher Stärke und Schmelzen des Gemisches durch Zuführen von Wärme und mechanischerD1 describes the production of thermoplastically processable starch by adding an additive to essentially native or natural starch and melting the mixture by adding heat and mechanical
Energie. Beim Zuschlagstoff handelt es sich um eine Substanz, welche die Schmelz- temperatur der Stärke erniedrigt, so daß die Schmelztemperatur der Stärke zusammen mit diesem Zuschlagstoff unterhalb der Zersetzungstemperatur der Stärke liegt. Konkret handelt es sich beim Zuschlagstoff beispielsweise um DMSO, 1 ,3-Butandiol, Glyzerin, Ethylenglycol, Propylenglycol, Butylenglycol, Diglycerid, Diglycolether, For- mamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methylformamid,, N,N'-Dimethylhamstoff, Dime- thylacetamid, N-Methylacetamid. Die D1 schlägt außerdem den Zusatz eines Vernetzungsmittels aus der Gruppe der zwei- oder mehrwertigen Carbonsäuren und/oder Anhydride, der Halogenide und/oder Säureamide von zwei- oder mehrwertigen Carbonsäuren, der Derivate von zwei- oder mehrwertigen anorganischen Säu- ren, der Epoxide, Formaldehyd, der Harnstoffderivate, der Divinylsulfone, der Iso- cyanate, der ein- oder mehrwertigen Oxoverbindungen sowie Cyanamid vor.Energy. The aggregate is a substance that The temperature of the starch is reduced, so that the melting temperature of the starch together with this additive is below the decomposition temperature of the starch. Specifically, it is in the aggregate, for example, DMSO, 1, mamid 3-butanediol, glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diglyceride, diglycol ether, research, N, N-dimethylformamide, N-methylformamide ,, N, N '-Dimethylhamstoff, Dimethylacetamide, N-methylacetamide. D1 also proposes the addition of a crosslinking agent from the group of di- or polyvalent carboxylic acids and / or anhydrides, the halides and / or acid amides of di- or polyvalent carboxylic acids, the derivatives of di- or polyvalent inorganic acids, the epoxides, Formaldehyde, the urea derivatives, the divinyl sulfones, the isocyanates, the mono- or polyvalent oxo compounds and cyanamide.
D2 bezieht sich auf ein Verfahren, zur Reduktion der Quellbarkeit von Stärke durch Modifikation, dergestalt daß das Vernetzungsreagenz pur oder in verkapselter Form hinzugegeben wird, und die Vernetzungsreaktion durch anschließendes Tempern bei erhöhter Temperatur erreicht wird. Die eingesetzten Vernetzungsmittel sind u. a. Harnstoffderivate, Urotropin, Trioxan, Di- oder Polyepoxide, Di- oder Polychlorhydri- ne, Di- oder Polyisocyanate, Kohlensäurederivate, Di-Ester oder auch anorganische Polysäuren, wie Phosphorsäuren oder Borsäuren. Die beschriebenen Mischungen zeichnen sich dadurch aus, daß sehr hohe Gewichtsverhältnisse an Vernetzer eingesetzt werden (zwischen 10 und 100 Gew.-%), um durch die anschließende thermische Behandlung eine entsprechende Erhöhung der mechanischen Stabilität zu erzielen.D2 relates to a process for reducing the swellability of starch by modification, in such a way that the crosslinking reagent is added neat or in encapsulated form, and the crosslinking reaction is achieved by subsequent tempering at elevated temperature. The crosslinking agents used are u. a. Urea derivatives, urotropin, trioxane, di- or polyepoxides, di- or polychlorohydrins, di- or polyisocyanates, carbonic acid derivatives, di-esters or also inorganic polyacids, such as phosphoric acids or boric acids. The mixtures described are distinguished by the fact that very high weight ratios of crosslinking agent are used (between 10 and 100% by weight) in order to achieve a corresponding increase in mechanical stability through the subsequent thermal treatment.
Aus der D3 ist ein Verfahren zur Herstellung von Distärke-Phosphaten mit Natriumphosphaten bekannt. Hierbei werden an ein Phosphat Molekül zwei unterschiedliche Stärkeketten angebunden und auf diese Weise überbrückt. Dabei wird allerdings die Stärke nicht plastifiziert, vielmehr bleibt das Stärkekorn erhalten.A method for the production of distarch phosphates with sodium phosphates is known from D3. Two different starch chains are attached to a phosphate molecule and bridged in this way. However, the starch is not plasticized, rather the starch grain is retained.
Die D4 offenbart ähnlich wie die D3 ein Verfahren, bei dem das ungelöste und nicht- gequollene Stärkekorn in Suspension mit Phosphorsäuren und ihren Salzen modifi- ziert wird, um nichtstaubende Puder für die Anwendung im Operationssektor herzustellen.Similar to the D3, the D4 discloses a process in which the undissolved and non-swollen starch grain in suspension with phosphoric acids and their salts is modified. is used to manufacture non-dusting powders for use in the surgical sector.
Gemäß der D5 werden anorganische Chloride zur Modifizierung von Stärkekörnern in wäßriger Suspension eingesetzt. Auch diese Stärkemischungen werden vor oder während der Verarbeitung mit diesen Chemikalien nicht thermoplastifiziert.According to D5, inorganic chlorides are used to modify starch granules in aqueous suspension. These starch mixtures are not thermoplasticised with these chemicals either before or during processing.
D6 beschreibt die Verwendung von Vernetzern, insbesondere Epichlorhydrin, derart, daß eine Mischung von Stärke und Vernetzer direkt verpreßt wird. Solche Stärke- mischungen sind als Bindemittel in Tabletten beansprucht.D6 describes the use of crosslinking agents, in particular epichlorohydrin, in such a way that a mixture of starch and crosslinking agent is pressed directly. Starch mixtures of this type are claimed as binders in tablets.
Die Anwendung von difunktionellen Carbonsäuren, insbes. Adipinsäure als Vernetzer wird eingehender auch in der D7 diskutiert.The use of difunctional carboxylic acids, especially adipic acid as a crosslinking agent, is also discussed in more detail in D7.
D8 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine phosphathaltige Lösung auf Stärke aufgesprüht wird. Durch das anschließende Kneten wird eine krümelige Masse erhalten, die im Anschluß über Zeiten von mehreren Stunden bei Temperaturen von mindestens 140 °C erhitzt wird. Das Produkt läßt sich nach dem Abkühlen sehr leicht in Wasser lösen. Den guten niedrigviskosen Eigenschaften steht der Nachteil der hete- rogenen Umsetzung gegenüber.D8 describes a process in which a phosphate-containing solution is sprayed onto starch. The subsequent kneading gives a crumbly mass which is subsequently heated at temperatures of at least 140 ° C. over a period of several hours. After cooling, the product can be easily dissolved in water. The good low-viscosity properties are offset by the disadvantage of the heterogeneous implementation.
Aus D9 kennt man die Verwendung von Stärke mit Phosphatgruppen zur Herstellung thermoplastischer Stärken. Hierzu wird native pflanzliche Stärke eingesetzt. Die Eigenschaften werden durch unterschiedliche Zugaben vorwiegend zweiwertiger Kationen modifiziert.D9 shows the use of starch with phosphate groups for the production of thermoplastic starches. For this, native vegetable starch is used. The properties are modified by different additions of predominantly divalent cations.
D10 beschreibt die Bereitstellung von nativer Stärke mit Phosphatgruppen, die dadurch modifiziert wird, daß durch einen Waschprozeß mit entmineralisiertem Wasser zunächst die freien Elektrolyte herausgewaschen werden. Im Anschluß daran werden die sauren Protonen der Phosphatgruppen durch vorwiegend bivalente Ionen, wie Mg2+ oder Ca2+, ersetzt und die Stärke auf diese Weise modifiziert. Die D11 reflektiert den Stand der Technik der Modifikation von Stärke mit Phosphaten, überwiegend in Suspension.D10 describes the provision of native starch with phosphate groups, which is modified in that the free electrolytes are first washed out by a washing process with demineralized water. Subsequently, the acidic protons of the phosphate groups are replaced by predominantly bivalent ions, such as Mg 2+ or Ca 2+ , and the starch is modified in this way. The D11 reflects the state of the art of modifying starch with phosphates, mostly in suspension.
Angesichts des hierin angegebenen und diskutierten Standes der Technik war es mithin Aufgabe der Erfindung, eine thermoplastische Mischung auf Basis von Stärke zur Verfügung zu stellen, welche die Herstellung von biologisch abbaubaren Formkörpern mit verbesserten Eigenschaften, beispielsweise verbesserten mechanischen Eigenschaften, gestattet.In view of the prior art specified and discussed herein, it was therefore an object of the invention to provide a thermoplastic mixture based on starch, which allows the production of biodegradable moldings with improved properties, for example improved mechanical properties.
Aufgabe der Erfindung war auch ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Mischung für Extrudate oder Granulate sowie die Verwendung der thermoplastischen Mischung.The object of the invention was also a method for producing a thermoplastic mixture for extrudates or granules and the use of the thermoplastic mixture.
Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Mischung mit den Merkmalen des An- Spruches 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Produktansprüche. In verfahrenstechnischer Hinsicht löst der Gegenstand des Anspruchs 8 die bis zur Erfindung bestehenden Probleme. Vorteilhafte Modifikationen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den auf den unabhängigen Verfahrensanspruch rückbezogenen Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Eine erfin- dungsgemäße Verwendung gibt Anspruch 12 an.These tasks are solved by a mixture with the features of claim 1. Preferred embodiments are the subject of the dependent product claims. In procedural terms, the subject matter of claim 8 solves the problems existing up to the invention. Advantageous modifications of the method according to the invention are protected in the subclaims which refer back to the independent method claim. Claim 12 specifies a use according to the invention.
Dadurch, daß eine thermoplastische Mischung auf Stärkebasis erhältlich ist durch Bereitstellen und Mischen vonThe fact that a thermoplastic mixture based on starch is available by providing and mixing
100 Gew.-Teilen einer rechnerisch auf einen Wassergehalt von null Prozent korrigierten beliebigen nativen, chemisch modifizierten, fermentativen, rekombinanten und/oder durch Biotransformation hergestellten Stärke und/oder von Derivaten der genannten Stärke; gegebenenfalls bis 100 Gew.-Teilen eines physiologisch unbedenklichen, biologisch abbaubaren, thermoplastisch verarbeitbaren, von A) verschie- denen polymeren Materials; 1 bis 100 Gewichtsteile; mindestens einem Weichmacher in einer Menge im Bereich von 10 Gew.-Teilen bis zur Hälfte der Summe der Gewichtsteile A) und B); mindestens einem Phosphat in einer Menge im Bereich von 0,01 Gew.-Teilen bis (A)+B))/10 Gew.-Teilen; gegebenenfalls bis zu (A) + B)) Gew.-Teilen weiterer üblicher Zusätze;100 parts by weight of any native, chemically modified, fermentative, recombinant and / or biotransformation-corrected starch and / or derivatives of the starch mentioned, arithmetically corrected for a water content of zero percent; optionally up to 100 parts by weight of a physiologically acceptable, biodegradable, thermoplastically processable polymer material different from A); 1 to 100 parts by weight; at least one plasticizer in an amount in the range from 10 parts by weight to half the sum of parts by weight A) and B); at least one phosphate in an amount ranging from 0.01 part by weight to (A) + B)) / 10 parts by weight; optionally up to (A) + B)) parts by weight of other customary additives;
wobei wenigstens das Mischen der Komponente E) mit der Komponente A) unter Einbringung von thermischer und mechanischer Energie in die thermoplastische Mischung erfolgt, gelingt es in nicht ohne weiteres absehbarer Weise thermoplastisch verarbeitbare stärkebasierte Mischungen zu schaffen, die über eine ausgezeichnete thermoplastische Verarbeitbarkeit verfügen, die zu Formteilen verarbeitet werden können, welche über hervorragende mechanische Eigenschaften verfügen und die trotzdem leicht biologisch abbaubar, beispielsweise verrott- oder kompostierbar sind.wherein at least the mixing of component E) with component A) takes place with the introduction of thermal and mechanical energy into the thermoplastic mixture, it is not readily possible to create thermoplastically processable starch-based mixtures which have excellent thermoplastic processability which can be processed into molded parts which have excellent mechanical properties and which are nonetheless easily biodegradable, for example rot or compostable.
Außerdem sind die Produkte, wie Formkörper oder Folien, im wesentlichen biokompatibel und gegebenenfalls eßbar, was den Weg zu eßbaren Verpackungen, also insbesondere Lebensmittelverpackungen, ebnet.In addition, the products, such as moldings or films, are essentially biocompatible and, if appropriate, edible, which paves the way for edible packaging, in particular food packaging.
Unter Lebensmittelverpackungen sind dabei sowohl Umverpackungen zu verstehen, die mit dem Lebensmittel nur temporären Kontakt haben, als auch Verpackungen, wie Schläuche, Hüllen oder Überzüge, die an ihrer Innenoberfläche ständigen Kontakt mit dem Lebensmittel haben und daher auch bei der Nahrungsmittelaufnahme mit zu sich genommen werden können. Die Verpackungen eignen sich daher neben anderen für Obst, Eier, Käse, Bonbonwaren, Kuchen, Kekse oder Brausetabletten, Getränke, Fleisch, Wurstwaren oder Fleischbrät.Food packaging is understood to mean both outer packaging that has only temporary contact with the food as well as packaging, such as hoses, casings or coatings, that are in constant contact with the food on their inner surface and are therefore also taken with them when the food is ingested can. The packaging is therefore suitable, among others, for fruit, eggs, cheese, candy, cakes, cookies or effervescent tablets, drinks, meat, sausages or meat.
Der Einsatz der aus den thermoplastischen Formmassen gemäß der Erfindung erhältlichen Formkörper ist dabei nicht auf die Verwendung in Kombination mit temporären Produkten beschränkt, sondern kann auch auf den temporären Einsatz zum Schutz von Gebrauchsgegenständen und Investitionsgütern bei Transport oder La- gerung angewendet werden. Insbesondere ist hier an den Schutz vor klimatischen Einflüssen zu denken, wie sie etwa beim überseeischen Transport von Automobilen auftreten.The use of the molded articles obtainable from the thermoplastic molding compositions according to the invention is not limited to the use in combination with temporary products, but can also be used for the temporary use to protect commodities and capital goods during transport or storage. In particular, here is the protection against climatic To think of influences such as those that occur when transporting automobiles overseas.
Insbesondere wurde nun überraschend festgestellt, daß beim Einsatz von besonderen, definierten Zuschlagstoffen, wie Phosphaten, vorzugsweise etwa Polyphospha- ten, Metaphosphaten und/oder Polymetaphosphaten, unter speziellen Bedingungen Effekte erzielt werden, welche die Stärke zwar einerseits modifizieren, andererseits jedoch eine Weiterverarbeitung der Stärke mit üblichen thermoplastischen Kunststoffverarbeitungstechniken zulassen.In particular, it has now surprisingly been found that when using special, defined additives, such as phosphates, preferably polyphosphates, metaphosphates and / or polymetaphosphates, effects are achieved under special conditions which, on the one hand, modify the starch, but on the other hand further process the starch with conventional thermoplastic processing techniques.
Unter den besonderen erfindungsgemäßen Bedingungen läßt sich die Modifizierungs-Reaktion während der Verarbeitung durchführen. Dabei üben die erfindungsgemäßen Zuschlagstoffe auch bereits in geringen Konzentrationen einen positiven Einfluß auf die Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit von thermoplasti- sehen Stärkemischungen aus.Under the special conditions according to the invention, the modification reaction can be carried out during processing. The additives according to the invention have a positive influence on the properties and the processability of thermoplastic starch mixtures even in low concentrations.
Die Komponente A) der erfindungsgemäßen Stärkemischung Die Komponente A) ist eine essentielle Komponente in der erfindungsgemäßen Mischung.Component A) of the starch mixture according to the invention Component A) is an essential component in the mixture according to the invention.
Bei der Komponente A) handelt es sich um eine oder mehrere Stärken, eines oder mehrere ihrer Derivate oder um Mischungen von Stärke und Stärkederivaten.Component A) is one or more starches, one or more of their derivatives or mixtures of starch and starch derivatives.
Eine wichtige Gruppe von Stärken umfaßt die aus pflanzlichen Rohstoffen gewonne- nen Stärken. Hierzu zählen unter anderem Stärken aus Knollen, wie Kartoffeln, Maniok, Maranta, Batata, aus Samen wie Weizen, Mais, Roggen, Reis, Gerste, Hirse, Hafer, Sorghum, aus Früchten, wie Kastanien, Eicheln, Bohnen, Erbsen, u. a. Hülsenfrüchten, Bananen, sowie aus Pflanzenmark, z. B. der Sagopalme.An important group of starches comprises the starches obtained from vegetable raw materials. These include starches from tubers, such as potatoes, cassava, maranta, batata, from seeds such as wheat, corn, rye, rice, barley, millet, oats, sorghum, from fruits such as chestnuts, acorns, beans, peas, and the like. a. Legumes, bananas, and from vegetable pulp, e.g. B. the sago palm.
Die im Rahmen der Erfindung verwendbaren Stärken bestehen im wesentlichen aus Amylose und Amylopektin, in wechselnden Mengen-Verhältnissen. Besonders gute Ergebnisse erzielt man unter anderem mit Stärken aus Kartoffeln (z. B. ®Toffena der Fa. Südstärke) und Mais (z. B. Maize Starch der Fa. National Starch) oder auch Polyglucanen, die sich durch einen perfekt linearen Aufbau der Polymere auszeichnen.The starches which can be used in the context of the invention essentially consist of amylose and amylopectin, in varying proportions. Particularly good results are obtained, among other things, with starches made from potatoes (e.g. ® Toffena from SüdStar) and corn (e.g. Maize Starch from National Starch) or polyglucans, which are characterized by a perfectly linear structure of the Mark up polymers.
Die Molekulargewichte der erfindungsgemäß nützlichen Stärken können über einen weiten Bereich variieren. Einsetzbar sind als Basis der erfindungsgemäßen thermoplastischen Mischung solche Stärken, die im wesentlichen aus einem Gemisch von Amylose und Amylopektin bestehen, mit Molekulargewichten Mw im Bereich zwi- sehen 5 x 104 und 1 x 107. Bevorzugt werden längerkettige Polymere mit Molekulargewichten Mw zwischen 1 x 106 und 5 x 106.The molecular weights of the starches useful according to the invention can vary over a wide range. Starches which essentially consist of a mixture of amylose and amylopectin and have molecular weights M w in the range between 5 × 10 4 and 1 × 10 7 can be used as the basis of the thermoplastic mixture according to the invention. Longer-chain polymers with molecular weights M w of between 1 × 10 6 and 5 × 10 6 are preferred.
Bevorzugt werden weiterhin auch lineare Polysaccharide, vorzugsweise Polygluca- ne, insbesondere 1 ,4-a-D-Polyglucan, mit Molekulargewichten Mw im Bereich zwi- sehen 5 x 102 und 1 x 105, bevorzugt mit Molekulargewichten Mw zwischen 1 x 103 und 5 x 104.Linear polysaccharides, preferably polyglucans, in particular 1,4-aD polyglucan, with molecular weights M w in the range between 5 × 10 2 and 1 × 10 5 , preferably with molecular weights M w between 1 × 10 3 , are also preferred and 5 x 10 4 .
Neben Formmassen auf Basis von Stärken nativen pflanzlichen Ursprungs gehören zur Erfindung auch solche thermoplastischen Mischungen oder Formmassen mit Stärken, die chemisch modifiziert sind, fermentativ gewonnen wurden, rekombinanten Ursprungs sind oder durch Biotransformation (auch: Biokatalyse) hergestellt wurden.In addition to molding compositions based on starches of native vegetable origin, the invention also includes those thermoplastic mixtures or molding compositions with starches that are chemically modified, obtained by fermentation, are recombinant in origin or were produced by biotransformation (also: biocatalysis).
Unter "chemisch modifizierten Stärken" versteht die Erfindung solche Stärken, bei denen auf chemischem Wege die Eigenschaften im Vergleich zu den natürlichen Eigenschaften verändert wurden. Dies wird im wesentlichen durch polymeranaloge Umsetzungen erreicht, bei denen Stärke mit mono-, bi- oder polyfunktionellen Reagenzien bzw. Oxidationsmitteln behandelt wird. Dabei werden vorzugsweise die Hy- droxygruppen der Polyglucane der Stärke durch Veretherung, Veresterung oder se- lektive Oxidation umgewandelt oder die Modifizierung beruht auf einer radikalisch initiierten Propfcopolymerisation von copolymerisierbaren ungesättigten Monomeren auf das Stärkerückgrat.The invention understands "chemically modified starches" to mean starches in which the properties have been changed chemically compared to the natural properties. This is essentially achieved by polymer-analogous reactions in which starch is treated with mono-, bi- or polyfunctional reagents or oxidizing agents. The hydroxyl groups of the starch polyglucans are preferably converted by etherification, esterification or selective oxidation, or the modification is based on a radical method initiated graft copolymerization of copolymerizable unsaturated monomers onto the starch backbone.
Zu besonderen chemisch modifizierten Stärken gehören unter anderem Stärkeester, wie Xanthogenate, Acetate, Phosphate Sulfate, Nitrate, Stärkeether, wie z. B. nichtionische, anionische oder kationische Stärkeether, oxidierte Stärken, wie etwa Dial- dehydstärke, Carboxystärke, Persulfat-abgebaute Stärken und ähnliche Substanzen.Special chemically modified starches include starch esters such as xanthates, acetates, phosphates, sulfates, nitrates, starch ethers, such as. B. nonionic, anionic or cationic starch ethers, oxidized starches such as dialdehyde starch, carboxy starch, persulfate-degraded starches and similar substances.
"Fermentative Stärken" sind im Sprachgebrauch der Erfindung Stärken, die durch fermentative Prozesse unter Verwendung in der Natur vorkommender Organismen, wie Pilzen, Algen oder Bakterien gewonnen werden oder unter Einschaltung und Mithilfe von fermentativen Prozessen gewonnen werden können. Beispiele für Stärken aus fermentativen Prozessen umfassen neben anderen Gum Arabicum und ver- wandte Polysaceharide (Gellan Gum, Gum Ghatti, Gum Karaya, Gum Tragaeauth), Xanthan, Emulsan, Rhamsan, Wellan, Schizophyllan, Polygalacturonate, Laminarin, Amylose, Amylopektin und Pektine."Fermentative starches" in the parlance of the invention are starches which can be obtained by fermentative processes using organisms which occur in nature, such as fungi, algae or bacteria, or which can be obtained by means of fermentation processes. Examples of starches from fermentative processes include, among others, gum arabic and related polysaccharides (Gellan Gum, Gum Ghatti, Gum Karaya, Gum Tragaeauth), xanthan, Emulsan, Rhamsan, Wellan, Schizophyllan, Polygalacturonate, Laminarin, Amylose, Amylopectin and Pectins.
"Stärken rekombinanten Ursprungs" oder "rekombinante Stärken" meint im einzel- nen Stärken, die durch fermentative Prozesse unter Verwendung in der Natur nicht vorkommender Organismen, aber unter Zuhilfenahme von gentechnischen Methoden modifizierten natürlichen Organismen, wie Pilzen, Algen oder Bakterien gewonnen werden oder unter Einschaltung und Mithilfe von fermentativen Prozessen gewonnen werden können. Beispiele für Stärken aus fermentativen, gentechnisch mo- difizierten Prozessen sind neben anderen Amylose, Amylopektin und weitere Poly- glucane."Starches of recombinant origin" or "recombinant starches" means in particular starches which are obtained by fermentative processes using organisms which do not occur in nature, but modified with the aid of genetic engineering methods, such as natural organisms such as fungi, algae or bacteria Switching on and with the help of fermentative processes. Examples of starches from fermentative, genetically modified processes include amylose, amylopectin and other polyglucans.
"Durch Biotransformation hergestellte Stärken" bedeutet im Rahmen der Erfindung, daß Stärken, Amylose, Amylopektin oder Polyglucane durch katalytische Reaktion von monomeren Grundbausteinen, im allgemeinen oligomeren Sacchariden, insbesondere Mono- und Disacchariden, hergestellt werden, indem ein Biokatalysator (auch: Enzym) unter speziellen Bedingungen verwendet wird. Beispiele für Stärken aus biokatalytischen Prozessen sind neben anderen Polyglucan und modifizierte Polyglucane, Polyfructan und modifizierte Polyfructane."Starches produced by biotransformation" means in the context of the invention that starches, amylose, amylopectin or polyglucans are produced by a catalytic reaction of monomeric building blocks, generally oligomeric saccharides, in particular mono- and disaccharides, using a biocatalyst (also: enzyme) is used under special conditions. Examples of starches from biocatalytic processes include polyglucan and modified polyglucans, polyfructan and modified polyfructans.
Schließlich lassen sich auch unter Verwendung von Derivaten der einzelnen genannten Stärken vorteilhafte thermoplastische Mischungen erhalten. Dabei bedeuten die Begriffe "Derivate von Stärken" oder "Stärkederivate" ganz allgemein modifizierte Stärken, d. h. solche Stärken, bei denen zur Veränderung ihrer Eigenschaften das natürliche Amylose/Amylopektin-Verhältnis verändert wurde, eine Vorverkleiste- rung durchgeführt wurde, die einem partiellen hydrolytischen Abbau unterzogen wurden oder die chemisch derivatisiert wurden.Finally, advantageous thermoplastic mixtures can also be obtained using derivatives of the individual starches mentioned. The terms "derivatives of starches" or "starch derivatives" generally mean modified starches, i. H. starches in which the natural amylose / amylopectin ratio has been changed in order to change their properties, a pre-gelatinization has been carried out, which have undergone partial hydrolytic degradation or which have been chemically derivatized.
Zu besonderen Derivaten von Stärken gehören unter anderem oxidierte Stärken, z. B. Dialdehydstärke oder sonstige Oxidationsprodukte mit Carboxylfunktionen, oder native ionische Stärken (z. B. mit Phosphatgruppen) oder ionisch weiter modifizierte Stärken, wobei sowohl anionische als auch kationische Modifizierungen unter diesen Begriff fallen.Special derivatives of starches include oxidized starches, e.g. B. dialdehyde starch or other oxidation products with carboxyl functions, or native ionic starches (z. B. with phosphate groups) or ionically further modified starches, both anionic and cationic modifications come under this term.
Besonders günstige thermoplastische Mischungen werden erhalten, wenn Stärken eingesetzt werden, die nur einen geringen Anteil anderer Verbindungen, die nicht den Sacchariden zuzurechnen sind (z. B. Proteine, Fette, Öle), aufweisen (beispielsweise und insbesondere Kartoffelstärke), oder ionische Stärken als Grundmaterial oder als Beimischung verwendet werden und/oder durch ihre Einheitlichkeit hinsichtlich der Struktur, des Molekulargewichts und der Reinheit herausragende Polygluca- ne, z. B. durch Biotransformation hergestelltes 1 ,4-a-D-Polyglucan, als Stärkebasis eingesetzt werden.Particularly favorable thermoplastic mixtures are obtained if starches are used which have only a small proportion of other compounds which are not attributable to the saccharides (e.g. proteins, fats, oils) (for example and in particular potato starch), or ionic starches as Base material or as an admixture and / or by their uniformity in terms of structure, molecular weight and purity outstanding polyglucans, z. B. 1,4-a-D-polyglucan produced by biotransformation can be used as a starch base.
Die erfindungsgemäße thermoplastische Mischung wird rechnerisch bezüglich der Komponente A) oder eines Gemisches aus Komponenten A) auf einen Wassergehalt von Null Prozent korrigiert. D. h., der Wassergehalt der Komponente A) wird bestimmt und bei der Bemessung von 100 Gewichtsteilen entsprechend abgezogen, aber bei der Bemessung der Komponente C) berücksichtigt. Die Komponente B) der erfindungsgemäßen thermoplastischen Mischung auf.Stär- kebasisThe thermoplastic mixture according to the invention is arithmetically corrected with respect to component A) or a mixture of components A) to a water content of zero percent. That is, the water content of component A) is determined and deducted accordingly when dimensioning 100 parts by weight, but is taken into account when dimensioning component C). Component B) of the thermoplastic mixture according to the invention . Starch base
Die Komponente B) der erfindungsgemäßen thermoplastisch verarbeitbaren Mi- schung ist eine optionale Komponente.Component B) of the thermoplastically processable mixture according to the invention is an optional component.
Es handelt sich genauer um ein physiologisch unbedenkliches, im wesentlichen auch biologisch abbaubares, thermoplastisch verarbeitbares, von A) verschiedenes polymeres Material, welches in Mengen bis zu 100 Gewichtsteilen in der Mischung enthalten sein kann. Auch Mischungen von zwei oder mehr solcher Verbindungen kommen als Komponente B) in Frage.It is more precisely a physiologically harmless, essentially also biodegradable, thermoplastically processable polymer material different from A), which can be contained in the mixture in amounts of up to 100 parts by weight. Mixtures of two or more such compounds are also suitable as component B).
Eine Gruppe von Materialien, die diesen Anforderungen entspricht, ist die Gruppe der Proteine. Zu im Rahmen der Erfindung mit Erfolg einsetzbaren Komponenten B) gehören unter anderem Gelatine, pflanzliche Proteine, wie Sonnenblumenprotein, Sojaprotein, Baumwollsamenprotein, Erdnußprotein, Rapssamenprotein, Plasmaproteine, Eiweiß, Eigelb und ähnliche.A group of materials that meet these requirements is the group of proteins. Components B) which can be used successfully in the context of the invention include, inter alia, gelatin, vegetable proteins such as sunflower protein, soy protein, cotton seed protein, peanut protein, rapeseed protein, plasma proteins, protein, egg yolk and the like.
Günstige Mischungen ergeben auch Zusätze von Zein, Gluten (Mais, Kartoffel), Al- bumin, Casein, Kreatin, Kollagen, Elastin, Fibroin und/oder Molkeprotein.Favorable mixtures also result in additions of zein, gluten (corn, potatoes), albumin, casein, creatine, collagen, elastin, fibroin and / or whey protein.
Von Interesse als Komponente B) sind auch Polysaceharide, die von den unter A) genannten Stärken verschieden sind.Also of interest as component B) are polysacetarides which differ from the starches mentioned under A).
Vorzugsweise werden wasserlösliche Polysaceharide wie Alginsäure und ihre Salze, Carrageenane, Furcellaran, Guar Gum, Agar-Agar, Gum Arabicum und verwandte Polysaceharide (Gum Ghatti, Gum Karaya, Gum Tragaeauth), Tamarind Gum, Xant- han Gum, Aralia Gum, Johannesbrot Gum ('locust bean gum'), Arabinogalactan, Pullulan, Chitosan, Dextrine, Cellulose eingesetzt. Günstig können sich auch Zusätze von Lentinan, Laminarin, Chitin, Heparin, Inulin, Agarose, Galactane, Hyaloronsäure, Dextranen, Dextrinen und/oder Glykogen auswirken.Water-soluble polysaccharides such as alginic acid and its salts, carrageenans, furcellaran, guar gum, agar-agar, gum arabic and related polysaccharides (gum ghatti, gum karaya, gum tragaeauth), tamarind gum, xanthane gum, aralia gum, carob bread are preferred ( ' locust bean gum ' ), arabinogalactan, pullulan, chitosan, dextrins, cellulose. Additions of lentinan, laminarin, chitin, heparin, inulin, agarose, galactans, hyaloronic acid, dextrans, dextrins and / or glycogen can also have a favorable effect.
Die Komponente C) der erfindungsgemäßen StärkemischungComponent C) of the starch mixture according to the invention
Die Komponente C) der erfindungsgemäßen Mischung ist eine essentielle Komponente.Component C) of the mixture according to the invention is an essential component.
Wasser ist in einer Menge von 1 Gew.-Teil bis 100 Gewichtsteile in der Mischung der Erfindung enthalten. Ist die Menge an Wasser unterhalb von einem Gewichtsteil, so ist die Destrukturierung und Homogenisierung der Mischung unzureichend. Ist der Wassergehalt größer als 100 Gewichtsteile, so besteht die Gefahr, daß die Viskosität der Mischung zu niedrig ist. Günstige Bereiche liegen zwischen etwa 10 und 75 Gewichtsteilen Wasser. Von besonderem Interesse ist der Bereich zwischen 20 und 60 Gewichtsteilen.Water is contained in the mixture of the invention in an amount of 1 part by weight to 100 parts by weight. If the amount of water is below one part by weight, the destructuring and homogenization of the mixture is insufficient. If the water content is greater than 100 parts by weight, there is a risk that the viscosity of the mixture is too low. Favorable ranges are between about 10 and 75 parts by weight of water. The range between 20 and 60 parts by weight is of particular interest.
Sofern nennenswerte Anteile an der otionellen Komponente B) in der Mischung der Erfindung vorhanden sind, kann dies bei der Definition der Wassermenge gesondert berücksichtigt werden. Vorzugsweise liegt der Wassergehalt in diesem Fall zwischen einem und bis). Liegt der Wassergehalt bei etwa der Hälfte der Summe der Gewichtsteile A) und B) ist die Thermoplastifizierung der gesamten Mischung besonders gut. Bevorzugte Wassergehalte liegen auch bei etwa zwischen 5 und (A)+B))/2 Gewichtsteilen, besonders zweckmäßig sind Wasseranteile zwischen 10 und (A)+B))/3 Gewichtsteilen.If significant proportions of the optional component B) are present in the mixture of the invention, this can be taken into account separately when defining the amount of water. In this case, the water content is preferably between one and to). If the water content is approximately half the sum of the parts by weight A) and B), the thermoplasticization of the entire mixture is particularly good. Preferred water contents are also between about 5 and (A) + B)) / 2 parts by weight, water parts between 10 and (A) + B)) / 3 parts by weight are particularly useful.
In diesen bevorzugten Bereichen findet eine optimale Plastifizierung der Mischung, d. h. Destrukturierung der Stärke, Homogenisierung der Mischung sowie deren Thermoplastifizierung statt. Die Wassermenge C) beinhaltet neben tatsächlich zugefügtem Wasser auch die rechnerisch zu berücksichtigenden Wassergehalte anderer Komponenten, insbesondere die Menge von in der Komponente A) gebundenem oder enthaltenem Wasser oder gegebenenfalls in den Verbindungen E) gebundenes oder enthaltenes Wasser.Optimal plasticization of the mixture, ie destructuring of the starch, homogenization of the mixture and its thermoplasticization take place in these preferred areas. In addition to the water actually added, the amount of water C) also includes the water contents of other components to be taken into account, in particular the amount of water bound or contained in component A) or, if appropriate, water bound or contained in compounds E).
Die Natur der Komponente C) ist im wesentlichen nicht weiter kritisch. Man kann VE-Wasser, deionisiertes Wasser aber auch genauso gut Leitungswasser oder Wasser anderen Ursprungs einsetzen, sofern der Gehalt des Wassers an Salzen oder anderen Fremdstoffen im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung toierabel ist.The nature of component C) is essentially not critical. You can use demineralized water, deionized water or tap water or water of other origin just as well, provided that the water content of salts or other foreign substances is tolerable with regard to the intended use.
Die Komponente D) der erfindungsgemäßen StärkemischungComponent D) of the starch mixture according to the invention
Die Komponente D) ist essentiell in der erfindungsgemäßen Mischung enthalten.Component D) is essentially contained in the mixture according to the invention.
Die Menge der Komponente D) ist von besonderer Bedeutung, d. h. nur innerhalb definierter Grenzen frei wählbar. Ein oder mehrere Weichmacher sind in der Komposition der Erfindung in einer Menge im Bereich von 10 Gew.-Teilen bis zur Hälfte der Summe der Gewichtsteile A) und B) enthalten. Liegt der Gehalt an weichmachenden Verbindungen unterhalb von 10 Gewiehtsteilen, so ist die Plastifizierung nicht ausreichend, selbst bei höheren mechanischen und/oder thermischen Energien. Überschreitet der Weichmachergehalt eine Menge die der Hälfte der Summe der Gewichtsteile A) und B) entspricht, wird keine nennenswert bessere Plastifizierung der Mischung beobachtet.The amount of component D) is of particular importance, i. H. freely selectable only within defined limits. One or more plasticizers are contained in the composition of the invention in an amount in the range from 10 parts by weight to half the sum of parts by weight A) and B). If the content of plasticizing compounds is below 10 parts by weight, the plasticization is not sufficient, even with higher mechanical and / or thermal energies. If the plasticizer content exceeds an amount which corresponds to half the sum of parts by weight A) and B), no appreciably better plasticization of the mixture is observed.
Günstig sind Weichmachermengen im Bereich von 12,5 bis (A)+B))/2 Gewiehtsteilen, besonders zweckmäßig sind Gehalte an Weichmachern im Bereich von 15 bis (A)+B))/4 Gewiehtsteilen. Grundsätzlich sind im Rahmen der Erfindung die Begriffe Weichmachungs-,Plasticizer amounts in the range from 12.5 to (A) + B)) / 2 parts by weight are favorable; contents of plasticizers in the range from 15 to (A) + B)) / 4 parts by weight are particularly expedient. In the context of the invention, the terms plasticizing,
Plastifikations-, Plastifizierungs-, oder Elastifizierungsmittel gleichbedeutend mit Weichmacher.Plasticizers, plasticizers, or elasticizers synonymous with plasticizers.
Einsetzbar sind alle indifferenten, vorzugsweise organischen, Substanzen mit im allgemeinen geringem Dampfdruck, welche ohne chemische Reaktion, vorzugsweise durch ihr Löse- und Quellvermögen, und, aber auch ohne ein solches, mit den Komponenten A) und gegebenenfalls B) in physikalische Wechselwirkung treten und ein homogenes System mit diesen bilden.All indifferent, preferably organic, substances with generally low vapor pressure can be used, which, without chemical reaction, preferably through their dissolving and swelling capacity, but also without such, interact physically with components A) and optionally B) and form a homogeneous system with them.
Die erfindungsgemäß einzusetzende Komponente D) verleiht der Mischung vorzugs- weise eine erniedrigte Einfriertempemperatur, erhöhtes Formveränderungsvermögen, erhöhte elastische Eigenschaften, verringerte Härte und ggf. gesteigertes Haftvermögen.Component D) to be used according to the invention preferably gives the mixture a lower freezing temperature, increased shape-changing capacity, increased elastic properties, reduced hardness and, if appropriate, increased adhesion.
Bevorzugte Weichmacher gemäß der Erfindung sind geruchlos, farblos, licht-, kälte- und wärmebeständig, gering hygroskopisch, wasserbeständig, nicht gesundheitsschädlich, schwer brennbar und möglichst wenig flüchtig, neutral reagierend, mit Polymeren und Hilfsstoffen mischbar und weisen ein gutes Gelierverhalten auf. Insbesondere sollen sie gegenüber den Komponenten A) und gegebenenfalls B) Verträglichkeit, Geliervermögen und weichmachende Wirksamkeit aufweisen.Preferred plasticizers according to the invention are odorless, colorless, light, cold and heat resistant, low hygroscopic, water resistant, not harmful to health, hardly flammable and as little volatile, neutral reaction, miscible with polymers and auxiliaries and have good gelling behavior. In particular, they should have compatibility, gelling power and plasticizing activity with respect to components A) and optionally B).
Weiter sollen die erfindungsgemäß als Komponente D) einzusetzenden Verbindungen eine geringe Migration aufweisen, was insbesondere für Anwendungen der erfindungsgemäßen Formkörper im Lebensmittelbereich von Bedeutung ist.Furthermore, the compounds to be used according to the invention as component D) should have low migration, which is particularly important for applications of the shaped bodies according to the invention in the food sector.
Zu besonders bevorzugten weichmachenden Komponenten D) gehören unter anderem Dimethylsulfoxid, 1 ,3-Butandiol, Glyzerin, Ethylenglykol, Propylenglykol, Digly- zerid, Diglycolether, Formamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methylformamid, Dime- thylacetamid, N-Methylacetamid und/oder N,N'-Dimethylharnstoff.Particularly preferred plasticizing components D) include, among others, dimethyl sulfoxide, 1, 3-butanediol, glycerin, ethylene glycol, propylene glycol, diglyceride, diglycol ether, formamide, N, N-dimethylformamide, N-methylformamide, dimethylacetamide, N-methylacetamide and / or N, N ' -dimethylurea.
Besonders zweckmäßig sind auch Polyalkylenoxid, Glycerinmono-, di-, oder -triace- tat, Sorbitol, oder andere Zuckeralkohole, wie Erythrit, Zuckersäuren, wie Glucon- säure, Polyhydroxycarbonsäuren, Saccharide, wie Glucose, Fructose oder Saccharose, sowie Zitronensäure und seine Derivate.Polyalkylene oxide, glycerol mono-, di- or triacetate, sorbitol, or other sugar alcohols, such as erythritol, sugar acids, such as gluconium, are also particularly useful. acid, polyhydroxycarboxylic acids, saccharides such as glucose, fructose or sucrose, as well as citric acid and its derivatives.
Die Komponente E) der erfindungsgemäßen thermoplastischen Mischung auf Stär- kebasisComponent E) of the starch-based thermoplastic mixture according to the invention
Die Komponente E) ist essentiell für die erfindungsgemäße Mischung.Component E) is essential for the mixture according to the invention.
Die Menge, mit der die Komponenet E) in der erfindungsgemäßen Mischung enthalten ist, ist von besonderer Bedeutung. Die Komponente E) ist in Mengen zwischen 0,01 Gew.-Teilen und (A)+B))/10 Gew.-Teilen in der Mischung gemäß der Erfindung enthalten. Zweckmäßig sind wenigstens 0,1 Gew.-Teile, bevorzugt 0,1 - (A)+B))/20 Gew.-Teile.The amount with which component E) is contained in the mixture according to the invention is of particular importance. Component E) is contained in the mixture according to the invention in amounts between 0.01 parts by weight and (A) + B)) / 10 parts by weight. At least 0.1 part by weight is preferred, preferably 0.1 - (A) + B)) / 20 parts by weight.
Sofern die Menge an Komponente E) zu gering ist, werden die mechanischen Ei- genschaften der aus der erfindungsgemäßen Mischung erhältlichen Formkörper schiecht. Überschreitet die Menge den Wert von (A)+B))/10 Gew.-Teilen, so kommt es zur Beeinträchtigung der Plastifizierung der Formmasse.If the amount of component E) is too small, the mechanical properties of the moldings obtainable from the mixture according to the invention are neglected. If the amount exceeds the value of (A) + B)) / 10 parts by weight, the plasticization of the molding composition is impaired.
Bei der Komponente E) handelt es sich gemäß der Erfindung um Phosphate. Hier- unter werden im Rahmen der Erfindung Salze und Ester der verschiedenenAccording to the invention, component E) is phosphates. In the context of the invention, this includes salts and esters of the various
Phosphorsäuren verstanden. Bei weitem bevorzugt sind für die Erfindung allerdings die Salze der verschiedenen Phosphorsäuren. Erfindungsgemäß können als Komponente E) ein oder mehrere Salze und/oder Ester der verschiedenen Phosphorsäuren, mithin also ein oder mehrere Phosphate die Komponente E) bilden.Understand phosphoric acids. However, the salts of the various phosphoric acids are far preferred for the invention. According to the invention, one or more salts and / or esters of the various phosphoric acids, and therefore one or more phosphates, can form component E) as component E).
Als Komponente E) kommen mit gutem Erfolg unter anderem Ortho-Phosphate der allg. Formeln M'H2PO4 (z. B. NaH2PO4) und M"(H2PO4)2 [z. B. Ca(H2PO4)2], sekundäre Ortho-Phosphate der allgemeinen Formeln M'2HPO4 oder M"HPO4 (z. B. K2HPO4, CaHPO4) oder tertiäre Ortho- Phospate der allgemeinen Formeln M'3PO4 oder M"3(PO4)2 [z. B. Na3PO4, Ca3(PO4)2], wobei M' für ein einwertiges Kation wie beispielsweise +NRR'R"R'", worin R, R', R" und R'" unabhängig voneinander gleich oder verschieden für Wasserstoff, (CrC8)-Alkyl, linear oder verzweigt, (C4-C8)-Aryl, vorzugsweise Phenyl stehen, Alkalimetallion, bevorzugt Na+ oder K+, M" für ein zweiwertiges Kation, vorzugsweise Erdalkalimetallion, besonders bevorzugt Ca2+ steht, zum Einsatz.As component E), ortho-phosphates of the general formulas M'H 2 PO 4 (for example NaH 2 PO 4 ) and M "(H 2 PO 4 ) 2 [for example Ca ( H 2 PO 4 ) 2 ], secondary orthophosphates of the general formulas M ' 2 HPO 4 or M "HPO 4 (eg K 2 HPO 4 , CaHPO 4 ) or tertiary orthophosphates of the general formulas M' 3 PO 4 or M " 3 (PO 4 ) 2 [e.g. Na 3 PO 4 , Ca 3 (PO 4 ) 2 ], where M 'for a monovalent cation such as + NRR ' R " R '" , where R, R ' , R " and R '" are independently the same or differently represent hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 -C 8 ) -aryl, preferably phenyl, alkali metal ion, preferably Na + or K + , M "for a divalent cation, preferably alkaline earth metal ion , particularly preferably Ca 2+, is used.
Von besonderem Interesse als Komponente E) ist ferner die sich von den sauren Salzen der Orthophosphorsäure ableitende Gruppe der beim Erhitzen durch Wasseraustritt entstehenden kondensierten Phosphate, welche sich wiederum in Meta- phosphate (systematische Bezeichnung: cyclo-Polyphosphate) und Polyphosphate (systematische Bezeichnung: catena-Polyphosphate) unterteilen lassen.Of particular interest as component E) is also the group of the condensed phosphates, which are derived from the acid salts of orthophosphoric acid and form as a result of heating, which in turn can be divided into metaphosphates (systematic name: cyclopolyphosphates) and polyphosphates (systematic name: catena -Polyphosphate).
Zu bevorzugten Vertretern sind neben anderen das Grahamsche Salz, Kurrolsche Salz und Maddrellsche Salz sowie Schmelz- oder Glühphosphate zu zählen.Preferred representatives include, among others, Graham's salt, Kurrol's salt and Maddrell's salt as well as melting or glow phosphates.
Besonders zweckmäßige Modifizierungsmittel E) sind unter anderem Metaphospha- te der allgemeinen Formel M'n[PnO3n], worin M1 ein einwertiges Kation, bevorzugt Metallion, zweckmäßig Alkalimetallion, bevorzugt Na+ oder K+, oder +NRR'R"R'", worin R, R', R" und R'" unabhängig voneinander gleich oder verschieden für Wasserstoff, (CrC8)-Alkyl, linear oder verzweigt, (C4-C8)-Aryl, vorzugsweise Phenyl, steht und n eine ganze natürliche positive Zahl bedeutet, vorzugsweise im Bereich zwischen 3 und 10. Hiervon wiederum sind solche Metaphosphate zu bevorzugen, worin n 3, 4 oder 5 und M' Natrium oder Kalium ist. Am meisten bevorzugt sind Na- triumtrimetaphosphat, Natriumtetrametaphosphat und Natriumpentametaphosphat.Particularly useful modifiers E) include metaphosphates of the general formula M ' n [P n O 3n ], in which M 1 is a monovalent cation, preferably metal ion, advantageously alkali metal ion, preferably Na + or K + , or + NRR ' R " R '" , in which R, R ' , R " and R '", independently of one another, are the same or different for hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 -C 8 ) -aryl, preferably phenyl, is and n is a whole natural positive number, preferably in the range between 3 and 10. Of these turn, those metaphosphates are preferred in which n is 3, 4 or 5 and M 'is sodium or potassium. Most preferred are sodium trimetaphosphate, sodium tetrametaphosphate and sodium pentametaphosphate.
Vorteilhafte Mischungen ergeben sich auch mit Polyphosphaten der allgemeinen Formel M'^PnO^] oder M'n[H2nPnO3n+1], worin M' ein einwertiges Kation, bevorzugt Metallion, zweckmäßig Alkalimetallion, bevorzugt Na+ oder K+, oder +NRR'R"R'", worin R, R', R" und R'" unabhängig voneinander gleich oder verschieden für Wasserstoff, (CrC8)-Alkyl, linear oder verzweigt, (C4-C8)-Aryl, vorzugsweise Phenyl, steht und n eine ganze natürliche positive Zahl größer 2 ist. Bevorzugt hiervon sind Natrium und Kaliumpolyphosphate, bei denen n > 10 ist. Mischungen mit günstigen Eigenschaften können auch erhalten werden, wenn als Komponente E) Polyphosphate der allgemeinen Formel M'n+2[PπO3n+1] eingesetzt werden, worin M' ein einwertiges Kation, bevorzugt Metallion, zweckmäßig Alkalimetallion, bevorzugt Na+ oder K+, oder +NRR'R"R"\ worin R, R', R" und R'" un- abhängig voneinander gleich oder verschieden für Wasserstoff, (CrC8)-Alkyl, linear oder verzweigt, (C4-C8)-Aryl, vorzugsweise Phenyl, steht und n eine ganze natürliche positive Zahl im Bereich zwischen 3 und 10 ist,. Unter anderem ist hiervon Pentana- triumtripolyphosphat bevorzugt.Advantageous mixtures also result with polyphosphates of the general formula M '^ P n O ^] or M' n [H 2n P n O 3n + 1 ], in which M 'is a monovalent cation, preferably metal ion, suitably alkali metal ion, preferably Na + or K + , or + NRR ' R " R '" , in which R, R ' , R " and R '", independently of one another, are the same or different for hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 - C 8 ) aryl, preferably phenyl, and n is a whole natural positive number greater than 2. Of these, sodium and potassium polyphosphates in which n> 10 are preferred. Mixtures with favorable properties can also be obtained if, as component E), polyphosphates of the general formula M ' n + 2 [P π O 3n + 1 ] are used, in which M' is a monovalent cation, preferably metal ion, advantageously alkali metal ion, preferably Na + or K + , or + NRR ' R " R " \ where R, R ' , R "and R '" are, independently of one another, the same or different for hydrogen, (C r C 8 ) -alkyl, linear or branched, (C 4 -C 8 ) aryl, preferably phenyl, and n is a whole natural positive number in the range between 3 and 10 ,. Among others, pentasodium tripolyphosphate is preferred.
Weiter ist die thermoplastische Mischung gemäß der Erfindung in besonderer Ausführungsform dadurch ausgezeichnet, daß die Komponente E) ein Alkalisalz eines Metaphosphats oder Polyphosphats ist.Furthermore, the thermoplastic mixture according to the invention is distinguished in a particular embodiment in that component E) is an alkali metal salt of a metaphosphate or polyphosphate.
Noch eine günstige Abwandlung der erfindungsgemäßen thermoplastischen Mi- schung ergibt sich dadurch, daß die Komponente E) Natriumtrimetaphosphat, Natriummetaphosphat, Natriumpolyphosphat und/oder Natriumhexametaphospat, vorzugsweise Natriumpolyphosphat, ist.A further advantageous modification of the thermoplastic mixture according to the invention results from the fact that component E) is sodium trimetaphosphate, sodium metaphosphate, sodium polyphosphate and / or sodium hexametaphosphate, preferably sodium polyphosphate.
Die genannten Phosphate können einen unterschiedlichen Hydratisierungsgrad auf- weisen. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Anteile der Komponente E) in der thermoplastischen Mischung ist dieser Wassergehalt bei der Bestimmung der Gew.- Teile an E) in der Regel unbeachtlich und aufgrund der essentiellen Komponente C) nicht schädlich.The phosphates mentioned can have a different degree of hydration. Due to the relatively small proportions of component E) in the thermoplastic mixture, this water content is generally irrelevant when determining the parts by weight of E) and is not harmful because of the essential component C).
Die Komponente F) der erfindungsgemäßen StärkemischungComponent F) of the starch mixture according to the invention
Die Komponente F) der erfindungsgemäßen Mischung ist optional, d.h. sie muß nicht in der erfindungsgemäßen Mischung enthalten sein. Es kann sich um einen oder mehrere Stoffe handeln, welche insgesamt als Komponente F) in Mengen bis zu 200 Gewichtsteilen, vorzugsweise nicht mehr als 100 Gewiehtsteilen, einsetzbar sind.Component F) of the mixture according to the invention is optional, ie it does not have to be present in the mixture according to the invention. It can be one or more substances which can be used in total as component F) in amounts of up to 200 parts by weight, preferably not more than 100 parts by weight.
Zu üblichen Zuschlagstoffen oder Additiven gehören unter anderem Füllstoffe, Gleitmittel, die von den unter D) genannten Weichmachern verschieden sind, Flexibilisierungsmittel, Pigmentierungsmittel, Farbstoffe, Entformungsmittel und andere.Common additives or additives include fillers, lubricants that differ from the plasticizers mentioned under D), flexibilizing agents, pigmenting agents, dyes, mold release agents and others.
Als Füllstoff geeignet sind beispielsweise synthetische Polymere, die nahezu in der Mischung löslich sind, wie etwa auf Milchsäure basierende Polymere, wie ®Lacea der Firma Mitsui, ®Resomerder Firma Boehringer Ingelheim, sowie weitere Polymere auf der Basis von Milchsäure und artverwandte Polymere der Milchsäure, der Firmen Wako Pure Chemical Industries Ltd., Medisorb Co., Birmingham Polymers, Inc., Polysciences Inc., Purac Biochem BV, Ethicon, Cargill oder Chronopo, wobei ein- sichtig ist, daß diese Aufzählung nicht einer absoluten Vollständigkeit entsprechen kann.Suitable fillers are, for example, synthetic polymers which are virtually soluble in the mixture, such as polymers based on lactic acid, such as ® Lacea from Mitsui, ® Resomer from Boehringer Ingelheim, and other polymers based on lactic acid and related polymers of lactic acid, from Wako Pure Chemical Industries Ltd., Medisorb Co., Birmingham Polymers, Inc., Polysciences Inc., Purac Biochem BV, Ethicon, Cargill or Chronopo, it being clear that this list cannot correspond to an absolute completeness.
Des weiteren können auch andere Polyester aus bevorzugt physiologisch unbedenklichen Hydroxycarbonsäuren eingesetzt werden, etwa Polyhydroxybutter-co- valeriansäuren, insbesondere Polyester der Marke ®Biopol u.a.Furthermore, it is also possible to use other polyesters made of preferably physiologically harmless hydroxycarboxylic acids, for example polyhydroxybutter co-valeric acids, in particular polyester from the ®Biopol brand, etc.
Weiter wird vorgeschlagen, mindestens einen anorganischen Füllstoff, wie beispielsweise Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, SiO2, TiO2 usw. zuzusetzen.It is also proposed to add at least one inorganic filler, such as magnesium oxide, aluminum oxide, SiO 2 , TiO 2 , etc.
Zum Einfärben der Mischung eignen sich insbesondere organische oder anorganische Pigmente, besonders auch biokompatible, also als unbedenklich für lebende Organismen einzustufende sog. Perlglanzpigmente, basierend auf Silikatstrukturen, die damit prinzipiell als eßbar einzustufen sind und in Mengen zwischen 0,001 und 10 Gewichtsteilen eingesetzt werden. Zur Verbesserung der Fliesseigenschaften eignen sich insbesondere tierische oder pflanzliche Fette und/oder Lecithine, die vorzugsweise in hydrogenierter Form verwendet werden, wobei diese Fette und sonstigen Fettsäurederivate vorzugsweise einen Schmelzpunkt von größer 50 C aufweisen.Organic or inorganic pigments are particularly suitable for coloring the mixture, especially also biocompatible, i.e. so-called pearlescent pigments to be classified as harmless to living organisms, based on silicate structures, which in principle can therefore be classified as edible and are used in amounts between 0.001 and 10 parts by weight. Animal or vegetable fats and / or lecithins, which are preferably used in hydrogenated form, are particularly suitable for improving the flow properties, these fats and other fatty acid derivatives preferably having a melting point of greater than 50.degree.
Um die Hydrophilie und damit die Wasserunbeständigkeit der thermoplastisch verarbeitbaren Mischung während und nach der Verarbeitung zu reduzieren, kann dem Gemisch ein Vernetzungsmittel in untergeordneten Mengen zugesetzt werden, um die Stärke chemisch zu modifizieren. Vorzugsweise werden hierzu Alkylsiloxane in Mengen bis zu 5 Gewichtsteilen eingesetzt.In order to reduce the hydrophilicity and thus the water resistance of the thermoplastically processable mixture during and after processing, a crosslinking agent can be added to the mixture in minor amounts in order to chemically modify the starch. Alkyl siloxanes are preferably used in amounts of up to 5 parts by weight.
Als Vernetzungsmittel eignen sich unter anderem auch, zwei- oder mehrwertige Carbonsäuren sowie deren Anhydride, Säurehalogenide von zwei- oder mehrwertige Carbonsäuren, Säureamide von zwei- oder mehrwertige Carbonsäuren, Derivate von zwei- oder mehrwertige anorganischen Säuren, die von der Komponente E) verschieden sind, Epoxide, Formaldehyd und/oder Harnstoffderivate, Divinylsulfone, Isocyanate, Oxoverbindungen und/ Cyanamid, wobei sich diese Verbindungen auch besonders zur chemischen Modifizierung im Anschluß an die thermoplastische Verarbeitung eignen und somit zur weiteren Verbesserung insbesondere der mecha- nischen Eigenschaften beitragen können.Also suitable as crosslinking agents are, inter alia, di- or polyvalent carboxylic acids and their anhydrides, acid halides of di- or polyvalent carboxylic acids, acid amides of di- or polyvalent carboxylic acids, derivatives of di- or polyvalent inorganic acids which are different from component E) , Epoxides, formaldehyde and / or urea derivatives, divinyl sulfones, isocyanates, oxo compounds and / cyanamide, these compounds also being particularly suitable for chemical modification subsequent to thermoplastic processing and can thus contribute to further improvement, in particular of the mechanical properties.
Die Komponenten A) bis F) der erfindungsgemäßen Mischung werden derart miteinander vermengt, daß wenigstens das Mischen der Komponente E) mit der Komponente A) unter Einbringung von thermischer und mechanischer Energie in die ther- moplastische Mischung erfolgt.Components A) to F) of the mixture according to the invention are mixed with one another in such a way that at least the mixing of component E) with component A) takes place with the introduction of thermal and mechanical energy into the thermoplastic mixture.
Vorzugsweise erfolgt die Einbringung der mechanischen und der thermischen Energie gleichzeitig, z. B. durch Arbeiten unter erhöhter Temperatur und gleichzeitiger Ausübung von Scherkräften auf die zu plastifizierende thermoplastische Mischung auf Stärkebasis. Im allgemeinen gilt, daß eine bessere Homogenität der Mischungen bei höheren Temperaturen resultiert. Allerdings sollen die Temperaturen nicht zu hoch liegen, um unnötige Verfärbungen oder Zersetzung der Formmassen zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist die thermoplastische Mischung der Erfindung in be- vorzugter Abwandlung erhältlich durch Mischen bei Temperaturen im Bereich von > 60 °C bis 200 °C.Preferably, the mechanical and thermal energy are introduced simultaneously, e.g. B. by working under elevated temperature and simultaneously applying shear forces to the thermoplastic mixture to be plasticized on a starch basis. In general, the mixtures are more homogeneous at higher temperatures. However, the temperatures should not be too high to avoid unnecessary discoloration or decomposition of the molding compounds. In this connection, the thermoplastic mixture of the invention can be obtained in a preferred modification by mixing at temperatures in the range from> 60 ° C. to 200 ° C.
Grundsätzlich steigt die Homogenisierung der Mischung mit der eingebrachten Leistung an. D. h. je höher die eingebrachte Leistung in das Mischaggregat ist, um so besser erfolgt die Homogenisierung der thermoplastischen Stärkemischung.Basically, the homogenization of the mixture increases with the performance. I.e. the higher the power introduced into the mixing unit, the better the homogenization of the thermoplastic starch mixture.
Eine weitere Modifikation der Erfindung sieht daher eine durch Mischen unter Einwirkung von stark scherenden Mischaggregaten erhältliche thermoplastische Mischung vor, wobei die in die Mischung eingebrachte Energie insbesondere an der Leistung der verwendeten Verarbeitungsmaschinen abgeleitet werden kann. So ist eine Verarbeitung vor allem mit Apparaturen möglich, deren Plastifizierungselement mit Drehmomenten ausgestattet sind, die im Bereich von 5 bis 300 Nm (1 Newton Meter) liegen. Als vorteilhaft hat sich eine Verarbeitung bei einem Drehmoment im Bereich von 10 bis 100 Nm erwiesen. Bevorzugt wird die Verarbeitung in einem Bereich des Drehmomentes von 20 bis 40 Nm.A further modification of the invention therefore provides a thermoplastic mixture which can be obtained by mixing under the action of high-shear mixing units, the energy introduced into the mixture being able to be derived in particular from the performance of the processing machines used. Processing is possible, above all, with apparatuses whose plasticizing elements are equipped with torques in the range from 5 to 300 Nm (1 Newton meter). Processing with a torque in the range from 10 to 100 Nm has proven to be advantageous. Processing in a torque range of 20 to 40 Nm is preferred.
Eine besonders günstige Aufnahme von thermischer und/oder mechanischer Energie durch die Mischung wird erreicht, wenn man die Bestandteile der Mischung gemäß der Erfindung in einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, wie beispielsweise einem Extruder, Kneter oder ähnlichen Aggregaten mischt und homogenisiert. Das Verfahren kann vorzugsweise auf Ein- oder Zweischneckenextrudem durchgeführt werden. Diese sind vorzugsweise aus einzelnen Gehäusen zusammengesetzt, die temperierbare Mäntel aufweisen. Die Gestaltung der Schnecken unterliegt keiner Beschränkung, es können Förderelemente (mit oder ohne Schubkanten), Knetelemente und/oder Mischelemente vorhanden sein. Darüber hinaus ist es mög- lieh und häufig vorteilhaft teilweise, d.h. abschnittsweise stauende oder rückfördern- de Elemente im Extruder zu verwenden, um Verweilzeit und Mischungseigenschaften zu beeinflussen und zu steuern.A particularly favorable absorption of thermal and / or mechanical energy by the mixture is achieved if the components of the mixture according to the invention are mixed and homogenized in a plastic processing machine, such as an extruder, kneader or similar units. The process can preferably be carried out on single or twin screw extruders. These are preferably composed of individual housings which have temperature-controlled jackets. The design of the screws is not subject to any restrictions; conveying elements (with or without shear edges), kneading elements and / or mixing elements can be present. In addition, it is possible and often advantageous in some cases, that is to say sections that are stagnating or returning in sections. Use elements in the extruder to influence and control residence time and mixing properties.
Auch die Reihenfolge der Mischung der Ingredienzen A) bis F) kann eine besondere Bedeutung haben.The order in which ingredients A) to F) are mixed can also be particularly important.
Gegenstand der Erfindung ist insofern auch ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastische Mischung auf Stärkebasis, bei dem manThe invention thus also relates to a process for producing a thermoplastic mixture based on starch, in which
A) 100 Gew.-Teilen einer rechnerisch auf einen Wassergehalt von Null Prozent korrigierten beliebigen nativen, chemisch modifizierten, fermentativen, rekombinanten und/oder durch Biotransformation hergestellten Stärke und/oder von Derivaten der genannten Stärken;A) 100 parts by weight of any native, chemically modified, fermentative, recombinant and / or biotransformation-corrected starch and / or derivatives of the starches mentioned, arithmetically corrected for a water content of zero percent;
B) gegebenenfalls bis 100 Gew.-Teilen eines von A) verschiedenen physiologisch unbedenklichen, biologisch abbaubaren, thermoplastisch verarbeitbaren, poly- meren Materials;B) optionally up to 100 parts by weight of a physiologically acceptable, biodegradable, thermoplastically processable, polymeric material different from A);
C) 1 bis 100 Gewichtsteile Wasser;C) 1 to 100 parts by weight of water;
D) mindestens einen Weichmacher in einer Menge im Bereich von 10 Gew.-Teilen bis zur Hälfte der Summe der Gewichtsteile A) und B); E) mindestens ein Phosphat, vorzugsweise Phosphorsäuresalz, in einer Menge im Bereich von 0,01 Gew.-Teilen bis (A)+B))/10 Gew.-Teilen; F) gegebenenfalls bis zu (A) + B)) Gew.-Teile weiterer üblicher Zusätze; bereitstellt und miteinander vermischt,D) at least one plasticizer in an amount in the range from 10 parts by weight to half the sum of parts by weight A) and B); E) at least one phosphate, preferably phosphoric acid salt, in an amount in the range from 0.01 part by weight to (A) + B)) / 10 parts by weight; F) optionally up to (A) + B)) parts by weight of other customary additives; prepared and mixed together,
wobei die Komponente E) zu den Komponenten A) bis D) sowie gegebenenfalls F) zugefügt wird, wobei wenigstens das Mischen der Komponente E) mit den restlichen Komponenten unter Einbringung von thermischer und mechanischer Energie in, vorzugsweise unter Einwirkung erhöhter Temperatur und gleichzeitiger Ausübung von Scherkräften auf, die thermoplastische Mischung erfolgt. Dieses Vorgehen unterscheidet sich hinsichtlich Art und Wirkung deutlich vom bekannten Stand der Technik.wherein component E) is added to components A) to D) and optionally F), at least mixing component E) with the remaining components with the introduction of thermal and mechanical energy, preferably under the action of elevated temperature and simultaneous exercise of Shear forces, the thermoplastic mixture takes place. This procedure differs significantly in terms of type and effect from the known prior art.
Wurden bislang Phosphorsäuren oder ihre Salze oder Ester als Modifizierungsmittel bei der Herstellung von thermoplastischen Mischungen auf Stärkebasis verwendet, wurde ausschließlich und immer direkt das Stärkekorn modifiziert oder aber es wurde durch eine hohe Zugabe an Gewichtsteilen des Phosphats und nachfolgender thermischer Behandlung eine Vernetzung herbeigeführt, die zu Formmassen führt, welche einer thermoplastischen Verarbeitung nicht mehr zugänglich sind.Until now, phosphoric acids or their salts or esters have been used as modifiers in the production of thermoplastic mixtures based on starch, the starch grain was exclusively and always directly modified, or crosslinking was brought about by a high addition of parts by weight of the phosphate and subsequent thermal treatment Molding compounds that are no longer accessible to thermoplastic processing.
Im Gegensatz hierzu wird bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise gewährleistet, daß nicht nur die Oberfläche des Stärkekorns, sondern die Stärke in der Gesamtheit ihrer Moleküle vorzugsweise am Stärkerückgrat modifiziert wird. Dies führt zu anders gearteten Produkten, deren verbesserte Eigenschaften nicht ohne weite- res vorhersehbar waren.In contrast to this, the procedure according to the invention ensures that not only the surface of the starch grain, but also the starch in the entirety of its molecules is preferably modified on the starch backbone. This leads to different types of products, the improved properties of which were not easily predictable.
Eine Zugabe der Komponente E) während der Verarbeitung im Homogenisierungsoder Mischaggregat, wie etwa im Kneter oder Extruder, unter alkalischen bis sauren Bedingungen führt dazu, daß die Reaktion mit Stärke, Stärkederivaten oder auch zugemischten Proteinen in nur untergeordnetem Ausmaß einer Vernetzung gleichkommt. D.h. im Vordergrund steht die Modifizierung des Polymerrückgrats.Addition of component E) during processing in the homogenization or mixing unit, such as in a kneader or extruder, under alkaline to acidic conditions means that the reaction with starch, starch derivatives or admixed proteins is only to a minor extent equivalent to crosslinking. That the focus is on the modification of the polymer backbone.
Dieser Unterschied zu bekannten Stärkephosphaten aus dem Stand der Technik kann sich beispielsweise auch im Substitutionsgrad wiederspiegeln.This difference to known starch phosphates from the prior art can also be reflected, for example, in the degree of substitution.
Die Anzahl Hydroxylgruppen pro Glucoseeinheit der Stärke, die durch eine andere funktioneile Gruppe (Phosphate) ersetzt wird, wird als Substitutionsgrad DS („degree of Substitution") bezeichnet.The number of hydroxyl groups per glucose unit of starch, which is replaced by another functional group (phosphates), is referred to as the degree of substitution DS (“degree of substitution”).
Pro Glucoseeinheit sind drei freie Hydroxylgruppen vorhanden. Somit kann der Substitutiongrad von 0,0 bis 3,0 variieren. Beim Substitutionsgrad DS handelt es sich mithin um eine rein statistische Größe. Ein Substitutionsgrad DS von 1 ,0 besagt nur, daß im Mittel an jeder Grucoseeinheit eine Hydroxylgruppe durch einen Sustituenten ersetzt ist. D. h. ein DS von 1 ,0 bedeutet nicht notwendigerweise, daß exakt an jeder Glucoseeinheit ein Substituent neben zwei nicht-substituierten verbliebenden Hydroxylgruppen vorliegt.There are three free hydroxyl groups per glucose unit. Thus the degree of substitution can vary from 0.0 to 3.0. The degree of substitution DS is therefore a purely statistical variable. A degree of substitution DS of 1.0 only means that, on average, one hydroxyl group on each grucose unit is replaced by one substituent. That is, a DS of 1.0 does not necessarily mean that there is a substituent next to two unsubstituted hydroxyl groups on each glucose unit.
Beispielsweise ist bekannt, daß native Stärke per se Phosphatgruppen enthalten kann. Der Substitutiongrad liegt hierbei im Bereich von etwa 0,001. Das bedeutet, daß rein statistisch etwa alle 300 Glucoseeinheiten eine Phosphatgruppe im Poly- mer vorhanden ist.For example, it is known that native starch per se can contain phosphate groups. The degree of substitution is in the range of about 0.001. This means that, purely statistically, a phosphate group is present in the polymer approximately every 300 glucose units.
Nun verhält es sich bei den bekannten Verfahren, welche die Stärke als Korn und somit weitestgehend nur an der Oberfläche modifizieren so, daß von Substitutiongraden DS im Bereich von etwa 0,001 bis 0,01 auszugehen ist.Now it is the case with the known methods which modify the starch as a grain and thus largely only on the surface in such a way that degrees of substitution DS in the range from about 0.001 to 0.01 can be assumed.
Gemäß der Erfindung jedoch wird durch die Modifikation mit Phosphaten (Komponente E)) während der Plastifizierung ein deutlich höherer DS erreicht. Dieser liegt etwa zwischen >0,01 und 1 ,0. Vorzugsweise ist der DS für die erfindungsgemäß modifizierte Komponente A) etwa im Bereich von 0,05 bis 0,5. Besonders Zweck- mäßig ist der DS 0,1 bis 0,3.According to the invention, however, a significantly higher DS is achieved by the modification with phosphates (component E)) during the plasticization. This is between> 0.01 and 1.0. The DS for component A) modified according to the invention is preferably in the range from 0.05 to 0.5. The DS is particularly useful from 0.1 to 0.3.
Darüber hinaus kann durch die Zugabe von Weichmachern, die per se ein hohes Verhältnis von Hydroxylgruppen oder anderen Wasserstoffbrücken ausbildenden Gruppen zu Kohlenstoffatomen aufweisen, unter geeigneter Reaktionsführung über die Reaktion des Phosphats auch eine Ankopplung des Weichmachers an das Stär- kerückgrat erreicht werden, was letztlich - besonders während der Verarbeitung - zu einer Verringerung der Migration des Weichmachers aus der Mischung führt. Zugleich jedoch wird der Plastifizierungseffekt des Weichmachers nicht ausge- schloßen, wodurch die Destrukturierung der Stärke, im Sinne eines Aufschlusses des Stärkekorns erst ermöglicht wird. Diese Möglichkeit der Interpretation der ablaufenden Reaktionen, die zu den überraschend gefundenen Ergebnissen führen, schließen jedoch auch andere Interpretationsmöglichkeiten nicht aus.In addition, by adding plasticizers which per se have a high ratio of hydroxyl groups or other hydrogen-bonding groups to carbon atoms, the reaction of the phosphate can also couple the plasticizer to the starch backbone with suitable reaction control, which ultimately - especially during processing - leads to a reduction in the migration of the plasticizer from the mixture. At the same time, however, the plasticizing effect of the plasticizer is not close, which enables the destructuring of the starch in the sense of an opening of the starch grain. However, this possibility of interpreting the reactions that lead to the surprisingly found results does not exclude other possibilities of interpretation.
Die erfindungsgemäße thermoplastische Formmasse läßt sich nach den bekannten Verarbeitungsverfahren zu Produkten verarbeiten. So kann sie z. B. in einem ersten Schritt granuliert oder pelletisiert werden.The thermoplastic molding composition according to the invention can be processed into products by the known processing methods. So it can e.g. B. granulated or pelletized in a first step.
Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein Granulat, das durch Extrusion und Pel- letisierung aus der thermoplastischen Mischung gemäß der Erfindung erhältlich ist.The invention thus also relates to granules which can be obtained by extrusion and pelletization from the thermoplastic mixture according to the invention.
Außerdem können entweder direkt oder durch erneutes thermoplastisches Verarbeiten eines sich thermoplastisch verhaltenden Granulats biologisch gut abbaubare Formteile oder Folien mit verbesserten Eigenschaften, vorzugsweise verbesserten mechanischen Eigenschaften, erhalten werden.In addition, biodegradable moldings or films with improved properties, preferably improved mechanical properties, can be obtained either directly or by renewed thermoplastic processing of a thermoplastic granulate.
Schließlich gehört zur Erfindung insbesondere auch die Verwendung der thermoplastischen Mischungen zur Herstellung von Formteilen oder Folien.Finally, the invention also includes the use of the thermoplastic mixtures for the production of molded parts or films.
Dabei zeichnen sich die thermoplastischen Formmassen, sowie die durch Weiterverarbeitung erhaltenen Formkörper und Folien dadurch aus, daß durch die Zu- mischung der essentiellen Komponente E) sowohl eine erhöhte Temperaturbeständigkeit als auch eine Verbesserung der Flammbeständigkeit erzielt wird.The thermoplastic molding compositions and the shaped articles and films obtained by further processing are distinguished in that the admixture of the essential component E) achieves both increased temperature resistance and an improvement in flame resistance.
Insgesamt decken die erfindungsgemäßen Produkte damit eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten ab. Hierzu gehören im einzelnen unter anderem Klebstoffadhä- sive für Papier und Wellpappe, Formkörper, die durch Spritzguß hergestellt werden, vor allem Stäbe, Rohre, Flaschen, Kapseln, Granulate, Lebensmittelzusatzstoffe, Filme, als Überzüge oder freistehende Filme, auch als Laminate, vor allem Folien, Verpackungsmaterialien, Beutel, Retardmateriaiien zur kontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen im allgemeinen, insbesondere Pharmaka, Pestizide oder andere in der Agrokultur eingesetzte Wirkstoffe, Dünger, Aromastoffe etc. Dabei kann die Freigabe der aktiven Substanz aus Filmen, Folien, Preßlingen, Partikeln, Mikropartikeln, Stäbchen oder anderen Extrudaten oder sonstigen Formkörpern erfolgen.Overall, the products according to the invention thus cover a large number of possible uses. These include, in particular, adhesive adhesives for paper and corrugated cardboard, moldings which are produced by injection molding, in particular rods, tubes, bottles, capsules, granules, food additives, films, as coatings or free-standing films, also as laminates, especially Films, packaging materials, pouches, controlled release release materials of active substances in general, in particular pharmaceuticals, pesticides or other active substances, fertilizers, flavorings etc. used in agro-culture, etc. The active substance can be released from films, foils, compacts, particles, microparticles, rods or other extrudates or other shaped articles.
Weiter bevorzugte Anwendungen umfassen Lebensmittelverpackungen, insbesondere Wurst- oder Käsehüllen, Absorber, Puder und dergleichen.Further preferred applications include food packaging, in particular sausage or cheese casings, absorbers, powder and the like.
In einer besonderen Ausführungsform werden die thermoplastischen Mischungen gemäß der Erfindung zur Herstellung von Formkörpern zur kontrollierten Freigabe von Wirkstoffen, wie etwa Tabletten oder Dragees, verwendet.In a particular embodiment, the thermoplastic mixtures according to the invention are used for the production of moldings for the controlled release of active substances, such as tablets or coated tablets.
Eine weitere zweckmäßige und besonders günstige Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß der Erfindung betrifft die Herstellung von Formkörpern, die sich zur Herstellung von massiven Formkörpern, Hohlkörpern oder Kombinationen davon eignen.Another expedient and particularly advantageous use of the thermoplastic mixture according to the invention relates to the production of moldings which are suitable for the production of solid moldings, hollow bodies or combinations thereof.
Noch eine herausragende Verwendung der erfindungsgemäßen thermoplastischen Mischung ist in der Herstellung von Folien zum Gebrauch in der Landwirtschaft angesiedelt.Another outstanding use of the thermoplastic mixture according to the invention is in the production of films for use in agriculture.
In weiterer besonderer Abwandlung sieht die Erfindung die Verwendung der thermoplastischen Mischung zur Herstellung von Folien zum Gebrauch in der Lebensmittelanwendung vor.In a further particular modification, the invention provides for the use of the thermoplastic mixture for the production of films for use in food applications.
Noch eine spezielle erfindungsgemäße Verwendung der thermoplastischen Mischung liegt in der Herstellung von Folien zum Gebrauch als Lebensmittelumver- packung.Another special use according to the invention of the thermoplastic mixture lies in the production of films for use as food packaging.
Eine weiterhin ausgesprochen günstige Verwendung der thermoplastischen Mi- schung gemäß der Erfindung ergibt sich bei der Herstellung von Folien zum Ge- brauch als Lebensmittelverpackung mit vollständigem Flächenkontakt zum Lebensmittel.Another extremely favorable use of the thermoplastic mixture according to the invention results in the production of films for use as food packaging with full surface contact with the food.
Schließlich ist auch eine Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft, bei der Flach- oder tubulare Folien zur Verwendung als Lebensmittelhüllen für Wurst und Käse hergestellt werden.Finally, it is also particularly advantageous to use the thermoplastic mixture according to the invention, in which flat or tubular films are produced for use as food casings for sausage and cheese.
Außerdem bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung die Verwendung der thermoplastischen als temporäre Schutzfilme für technische Gebrauchsgegenstände.Also preferred in the context of the invention is the use of the thermoplastic as temporary protective films for technical articles of daily use.
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen den Gegenstand der Erfindung.The following examples illustrate the subject matter of the invention.
Beispiel 1example 1
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Kartoffelstärke mit Natriumpolyphosphat, Gummiarabicum und Glyzerin:Production of a thermoplastic processable blend of potato starch with sodium polyphosphate, gum arabic and glycerin:
Die Verbindungen werden in einem handelsüblichen Knetaggregat bereitgestellt (Brabender Kneter). Das Knetaggregat wird auf 100 °C geheizt. 30 g Kartoffelstärke (®Toffena der Fa. Südstärke) werden im Betriebszustand des Knetaggregats zugegeben. 0,9 g NaCO3 werden in 10 g Wasser gelöst und zu der im Kneter befindlichen Kartoffelstärke hinzugegeben. Die Mischung wird homogenisiert. Der Vorgang beträgt etwa 3 Minuten. Im Anschluß werden 9 g Gummiarabicum auf einmal zugegeben. Es wird wiederum homogenisiert. Anschließend werden 9 g Glyzerin portionsweise zugegeben (ca. 3 gleich große Portionen mit jeweils 2-minütigem Knetintervall zwischen den Zugaben). Nach weiteren 2 Minuten werden 1 ,2 g Natriumpolyphosphat (Riedel de Haen) gelöst in 5 ml Wasser addiert. Die gesamte Mi- schung wird nochmals für weitere 2 Minuten geknetet. Die Masse wird entnommen, während das Gerät noch in beheiztem Zustand ist. Das Produkt ist eine homogene Masse, die leicht gelblich gefärbt ist. Es handelt sich um ein nicht transparentes Produkt. Nach dem Erkalten kann die thermoplastische Masse weiterverarbeitet werden.The compounds are provided in a commercially available kneading unit (Brabender kneader). The kneading unit is heated to 100 ° C. 30 g of potato starch ( ® Toffena from SüdStar) are added while the kneading unit is in the operating state. 0.9 g of NaCO 3 are dissolved in 10 g of water and added to the potato starch in the kneader. The mixture is homogenized. The process takes about 3 minutes. Then 9 g of gum arabic are added at once. It is homogenized again. Then 9 g of glycerin are added in portions (about 3 portions of equal size, each with a 2-minute kneading interval between the additions). After a further 2 minutes, 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) dissolved in 5 ml of water are added. The entire mixture is kneaded for a further 2 minutes. The mass is removed while the device is still heated. The product is a homogeneous Mass that is slightly yellow in color. It is a non-transparent product. After cooling, the thermoplastic mass can be processed further.
Die Filme, die aus thermoplastischer Verarbeitung des Produkts erhalten werden, sind transparent und zeigen gute mechanische Festigkeiten.The films obtained from thermoplastic processing of the product are transparent and show good mechanical strength.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Kartoffelstärke mit Natriumpolyphosphat und Gummiarabicum:Production of a thermoplastic blend mixture from potato starch with sodium polyphosphate and gum arabic:
Die Herstellung dieser Mischung erfolgt identisch zu der Beschreibung in Beispiel 1. Der einzige Unterschied in der Rezeptur liegt in der NichtVerwendung von Glyzerin als Weichmacher.The preparation of this mixture is identical to the description in Example 1. The only difference in the recipe is that glycerol is not used as a plasticizer.
Nach beendeter Homogenisierung wird die Masse, während das Gerät noch in beheiztem Zustand ist, entnommen. Das Produkt ist eine homogene Masse, die leicht bräunlich gefärbt ist. Es handelt sich um ein nicht transparentes Produkt, welches zur Sprödigkeit neigt. Eine Weiterverarbeitung, insbesondere zu Folien oder Filmen läßt sich nur nach vorhergehender Wässerung der Formmasse erzielen.After homogenization has been completed, the mass is removed while the device is still heated. The product is a homogeneous mass that is light brown in color. It is a non-transparent product that tends to become brittle. Further processing, in particular into foils or films, can only be achieved after the molding compound has been washed beforehand.
Beispiel 3Example 3
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Casein und Kartoffelstärke mit Natriumpolyphosphat:Production of a thermoplastically processable blend of casein and potato starch with sodium polyphosphate:
Die Verbindungen werden in einem handelsüblichen Knetaggregat hergestellt (Bra- bender Kneter). Das Knetaggregat wird auf 100 °C geheizt. 20 g Casein und 10 g Kartoffelstärke (Toffena der Fa. Südstärke) werden im Betriebszustand des Knetaggregats zugegeben. Es werden sofort 1 ,2 g Natriumpolyphosphat (Riedel de Ha- en) gelöst in 5 ml Wasser hinzugegeben. Es wird 3 Minuten homogenisiert. Im Anschluß werden 6 g Glyzerin portionsweise zugegeben (ca. 3 gleich große Portionen mit jeweils 2-minütigem Knetintervall zwischen den Zugaben). Es wird für weitere 2 Minuten homogenisiert. Das Produkt ist eine leicht gelbliche thermoplastisch ver- formbare Masse, die sich direkt nach der Entnahme aus dem Knetaggregat in noch beheiztem Zustand oder nach dem Erkalten weiterverarbeiten läßt.The connections are made in a commercially available kneading unit (working kneader). The kneading unit is heated to 100 ° C. 20 g of casein and 10 g of potato starch (Toffena from SüdStar) are added in the operating state of the kneading unit. 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Ha- en) added dissolved in 5 ml of water. It is homogenized for 3 minutes. 6 g of glycerin are then added in portions (about 3 portions of equal size, each with a 2-minute kneading interval between the additions). It is homogenized for a further 2 minutes. The product is a slightly yellowish, thermoplastically deformable mass that can be further processed immediately after being removed from the kneading unit while it is still heated or after it has cooled.
Die Filme, die aus thermoplastischer Verarbeitung erhalten werden, sind transparent und zeigen gute mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Reißdehnung und Reißfestigkeit. Beispiel 4The films obtained from thermoplastic processing are transparent and show good mechanical properties in terms of elongation at break and tensile strength. Example 4
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Kartoffelstärke mit Natriumpolyphosphat:Production of a thermoplastically processable blend of potato starch with sodium polyphosphate:
Die Durchführung erfolgt analog wie in Beispiel 1 beschrieben. Das Knetaggregat (Brabender) wird auf 100 °C geheizt. 30 g Kartoffelstärke (Toffena der Fa. Südstärke) werden im Betriebszustand des Knetaggregats zugegeben. Es werden sofort 0,9 g Na2CO3 gelöst in 10 ml Wasser hinzugegeben. Es wird 3 Minuten homogenisiert. Im Anschluß werden 15 g Glyzerin portionsweise zugegeben (ca. 3 gleich große Portionen mit jeweils 2-minütigem Knetintervall zwischen den Zugaben). Es wird für weitere 2 Minuten homogenisiert und im Anschluß 0,15 g Natriumpolyphosphat (Riedel de Haen) in 5 ml hinzugefügt. Nach einer weiteren Homogenisierungsphase ist der Versuch beendet. Das Produkt ist eine leicht gelbliche thermoplastisch verform- bare Masse, die sich nach dem Erkalten weiterverarbeiten läßt.The procedure is analogous to that described in Example 1. The kneading unit (Brabender) is heated to 100 ° C. 30 g of potato starch (Toffena from SüdStar) are added while the kneading unit is in operation. 0.9 g of Na 2 CO 3 dissolved in 10 ml of water are immediately added. It is homogenized for 3 minutes. 15 g of glycerin are then added in portions (about 3 portions of equal size, each with a 2-minute kneading interval between the additions). It is homogenized for a further 2 minutes and then 0.15 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) in 5 ml is added. The experiment is ended after a further homogenization phase. The product is a slightly yellowish, thermoplastic material that can be processed after cooling.
Die Filme, die aus thermoplastischer Verarbeitung erhalten werden, sind transparent und zeigen sehr hohe mechanische Festigkeiten auf. Die Filmdicken liegen im Bereich von 100 bis 150 mm. Die Flexibilität der Folien läßt eine Weiterverarbeitung, beispielsweise eine Füllung mit Lebensmitteln, zu. Beispiel 5The films obtained from thermoplastic processing are transparent and show very high mechanical strengths. The film thicknesses range from 100 to 150 mm. The flexibility of the foils permits further processing, for example filling with food. Example 5
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Kartoffelstärke und Casein mit Natriumpolyphosphat:Production of a thermoplastic processable blend of potato starch and casein with sodium polyphosphate:
Die Durchführung erfolgt analog wie in Beispiel 1 beschrieben. Das Knetaggregat wird auf 120 °C geheizt. 21 g Kartoffelstärke (Toffena der Fa. Südstärke) und 9 g Casein werden im Betriebszustand des Knetaggregats (Brabender) zugegeben. 0,9 g NaCO3 werden in 10 g Wasser gelöst und zu der im Kneter befindlichen Mischung aus Casein und Kartoffelstärke hinzugegeben. Die Mischung wird homogenisiert. Der Vorgang beträgt etwa 3 Minuten. Im Anschluß werden 1 ,5 g Pluronic F 68 in 10 ml Wasser, sowie 6 g Glyzerin nacheinander zugegeben. Es wird wiederum homogenisiert. Nach ca. 2 Minuten werden 1 ,2 g Natriumpolyphosphat (Riedel de Haen) gelöst in 5 ml Wasser addiert. Die gesamte Mischung wird nochmals für weitere 2 Minuten geknetet. Die Masse wird entnommen, während das Gerät noch in beheiztem Zustand ist. Das Produkt ist eine sehr weiße homogene Masse. Nach dem Erkalten kann die thermoplastische Masse weiterverarbeitet werden.The procedure is analogous to that described in Example 1. The kneading unit is heated to 120 ° C. 21 g of potato starch (Toffena from SüdStar) and 9 g of casein are added in the operating state of the kneading unit (Brabender). 0.9 g of NaCO 3 are dissolved in 10 g of water and added to the mixture of casein and potato starch in the kneader. The mixture is homogenized. The process takes about 3 minutes. Then 1.5 g of Pluronic F 68 in 10 ml of water and 6 g of glycerol are added in succession. It is homogenized again. After about 2 minutes, 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) dissolved in 5 ml of water are added. The entire mixture is kneaded again for a further 2 minutes. The mass is removed while the device is still heated. The product is a very white, homogeneous mass. After cooling, the thermoplastic mass can be processed further.
Die Filme, die aus thermoplastischer Verarbeitung erhalten werden, sind opak. Die Filmdicke beträgt etwa 160 bis 200 mm. Die mechanische Festigkeit zusammen mit der Filmdicke, die aus der Verarbeitung mittels Pressen erzielt wird, resultiert in einer gewissen Sprödigkeit. Zur weiteren Verarbeitung hinsichtlich einer Anwendung im Lebensmittelbereich ist daher eine Wässerung notwendig.The films obtained from thermoplastic processing are opaque. The film thickness is approximately 160 to 200 mm. The mechanical strength together with the film thickness, which is achieved by processing by pressing, results in a certain brittleness. For further processing with regard to an application in the food sector, watering is therefore necessary.
Beispiel eExample e
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Casein und Maisstärke mit Natriumpolyphosphat:Production of a thermoplastically processable blend of casein and corn starch with sodium polyphosphate:
Die Durchführung erfolgt analog wie in Beispiel 1 beschrieben. Das Knetaggregat (Brabender) wird auf 100 °C geheizt. 24 g Casein und 6 g Maisstärke werden im Betriebszustand des Knetaggregats zugegeben. Nach kurzer Zeit werden 10 ml Wasser hinzugegeben, sowie 4 g Glyzerin. Nach weiterer kurzer Homogenisierungsphase werden 0,8 g Natriumpolyphosphat (Riedel de Haen) in 2 ml Wasser hinzugegeben. Nach einer weiteren Homogenisierungsphase ist der Versuch beendet. Das Produkt ist eine leicht gelbliche, thermoplastisch verformbare Masse, die sich nach dem Erkalten weiterverarbeiten läßt.The procedure is analogous to that described in Example 1. The kneading unit (Brabender) is heated to 100 ° C. 24 g casein and 6 g corn starch are in the Operating state of the kneading unit added. After a short time, 10 ml of water and 4 g of glycerin are added. After a further brief homogenization phase, 0.8 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) in 2 ml of water are added. The experiment is ended after a further homogenization phase. The product is a slightly yellowish, thermoplastically deformable mass that can be processed after cooling.
Die Filme, die aus thermoplastischer Verarbeitung erhalten werden (Preßtechnik) sind leicht opaque und zeigen hohe mechanische Festigkeiten auf. Die Filmdicken liegen im Bereich von 170 bis 190 mm. Die Flexibilität der Folien läßt eine Weiterver- arbeitung, beispielsweise eine Füllung mit Lebensmitteln, zu.The films obtained from thermoplastic processing (pressing technique) are slightly opaque and show high mechanical strength. The film thicknesses range from 170 to 190 mm. The flexibility of the foils permits further processing, for example filling with food.
Beispiel 7Example 7
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Casein und Kartoffelstärke mit Natriumpolyphosphat:Production of a thermoplastically processable blend of casein and potato starch with sodium polyphosphate:
Die Durchführung erfolgt analog wie in Beispiel 1 beschrieben. Das Knetaggregat (Brabender) wird auf 100 °C geheizt. 15 g Casein und 15 g Kartoffelstärke (z. B. Toffena der Fa. Südstärke) werden im Betriebszustand des Knetaggregats zugegeben. Nach kurzer Zeit werden 1 ,5 g Zitronensäure in 10 ml Wasser hinzugegeben, sowie 6 g Glyzerin. Nach weiterer kurzer Homogenisierungsphase werden 1 ,2 g Natriumpolyphosphat (Riedel de Haen) in 5 ml Wasser hinzugegeben. Nach weiterer Homogenisierung ist der Versuch beendet. Das Produkt ist eine gelbliche homogene feste Masse, die sich nach dem Erkalten weiterverarbeiten läßt.The procedure is analogous to that described in Example 1. The kneading unit (Brabender) is heated to 100 ° C. 15 g of casein and 15 g of potato starch (e.g. Toffena from SüdStar) are added when the kneading unit is in the operating state. After a short time, 1.5 g of citric acid in 10 ml of water and 6 g of glycerin are added. After a further brief homogenization phase, 1.2 g of sodium polyphosphate (Riedel de Haen) in 5 ml of water are added. The experiment is ended after further homogenization. The product is a yellowish, homogeneous, solid mass that can be processed after cooling.
Die Filme, die aus thermoplastischer Verarbeitung erhalten werden (Preßtechnik) sind gelblich, sowie transparent bis leicht opak. Die Folien sind sehr dünn und liegen im Bereich von 80 bis 100 mm.The films obtained from thermoplastic processing (press technology) are yellowish and transparent to slightly opaque. The foils are very thin and range from 80 to 100 mm.
Beispiel e Herstellung von Folien mittels Preßtechnik aus den in den Beispielen 1 bis 7 hergestellten thermoplastischen Formmassen:Example e Production of foils by means of pressing technology from the thermoplastic molding compositions produced in Examples 1 to 7:
Zur Verarbeitung einer thermoplastischen Formmasse wie beschrieben wird wie folgt vorgegangen. Hierzu wird eine handelsübliche Presse der Fa. Schwabenthan (Polystat 300 S) verwendet. Die Presse wird auf 100 °C vorgeheizt. Die Probenpräparation erfolgt in einer „Sandwich-Technik" zwischen zwei gewebeverstärkte Poly- tetrafluorethylen (PTFE, ®Teflon), die mit einem etwa 100 mm dicken metallischen Rahmen auf Abstand gehalten werden. Etwa 2 g der im Kneter hergestellten Masse werden bei der Präparation in Mitte der unteren Folie plaziert. Die Probe wird 5 Minuten bei 100 °C und einem Druck von 1 t temperiert. Anschließend wird die Probe bei 100 °C für 5 Minuten und einem Druck von 10 t gepreßt. Dies entspricht einem Druck von 200 bar. Die Presse wird entlastet und die Probe wird in eine andere Presse zwecks Abkühlung überführt. Hierbei handelt es sich um eine wassergekühl- te Presse der Fa. Robert Fuchs Hydraulische Maschinen und Werkzeuge. Während des Abkühlvorgangs über eine Zeit von 2 Minuten wird ein Druck von 50 bar angelegt. Im Anschluß kann die Probe entnommen werden, um sie für weitere Untersuchungen einzusetzen. Anzumerken ist, daß die Lagerung an der Luft je nach der Hydrophiiie der verwendeten Materialien Alterungserscheinungen aufweist, die auf schwankende Wasserinhalte zurückzuführen ist.The procedure for processing a thermoplastic molding composition as described is as follows. A commercially available press from Schwabenthan (Polystat 300 S) is used for this. The press is preheated to 100 ° C. The sample preparation is carried out in a "sandwich technique" between two tissue-reinforced polytetrafluoroethylene (PTFE, ® Teflon), which are kept at a distance with an approximately 100 mm thick metallic frame. About 2 g of the mass produced in the kneader are mixed in during the preparation The sample is heated for 5 minutes at 100 ° C. and a pressure of 1 t, and then the sample is pressed at 100 ° C. for 5 minutes and a pressure of 10 t, which corresponds to a pressure of 200 bar. The press is relieved and the sample is transferred to another press for cooling, which is a water-cooled press from Robert Fuchs Hydraulische Maschinen und Werkzeuge. During the cooling process over a period of 2 minutes, a pressure of 50 The sample can then be taken to be used for further investigations, and it should be noted that storage in air depends on the hydrophi iie the materials used shows signs of aging due to fluctuating water content.
Beispiel 9Example 9
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Maisstärke mit einem hohen Gehalt Natriumpolyphosphat:Production of a thermoplastically processable blend mixture from corn starch with a high content of sodium polyphosphate:
Die Verbindungen werden in einem handelsüblichen Knetaggregat hergestellt (IKA Duplex Kneter). Das Knetaggregat wird auf 100 °C geheizt. 150 g Kartoffelstärke (maize starch der Fa. National Starch) und 45 g Glyzerin werden im Betriebszustand des Knetaggregats zugegeben. 5,0 g NaCO3 werden in 50 g Wasser gelöst und zu der im Kneter befindlichen Maisstärke hinzugegeben. Die Mischung wird homogeni- siert. Der Vorgang beträgt etwa 5 bis 10 Minuten, währenddessen die Mischung glasig wird. Im Anschluß werden 15 g Natriumtriphosphat (Riedel de Haen) in 25 ml gelöst und hinzugegeben. Die gesamte Mischung wird nochmals für weitere 5 Minuten geknetet. Die Masse wird entnommen, während das Gerät noch in beheiztem Zustand ist.The connections are made in a commercially available kneading unit (IKA duplex kneader). The kneading unit is heated to 100 ° C. 150 g of potato starch (maize starch from National Starch) and 45 g of glycerin are added in the operating state of the kneading unit. 5.0 g of NaCO 3 are dissolved in 50 g of water and added to the corn starch in the kneader. The mixture is homogenized siert. The process takes about 5 to 10 minutes, during which time the mixture becomes glassy. 15 g of sodium triphosphate (Riedel de Haen) are then dissolved in 25 ml and added. The entire mixture is kneaded for a further 5 minutes. The mass is removed while the device is still heated.
Vergleichsbeispiel 10Comparative Example 10
Herstellung eines thermoplastisch verarbeitbaren Blendgemisches aus Maisstärke ohne Natriumpolyphosphat:Production of a thermoplastically processable blend mixture from corn starch without sodium polyphosphate:
Die Verbindungen werden in einem handelsüblichen Knetaggregat hergestellt (IKA Duplex Kneter). Das Knetaggregat wird auf 100 °C geheizt. 150 g Kartoffelstärke (maize starch der Fa. National Starch) und 45 g Glyzerin werden im Betriebszustand des Knetaggregats zugegeben. 5,0 g NaCO3 werden in 50 g Wasser gelöst und zu der im Kneter befindlichen Maisstärke hinzugegeben. Die Mischung wird homogenisiert. Der Vorgang beträgt etwa 5 bis 10 Minuten, währenddessen die Mischung glasig wird. Die gesamte Mischung wird nochmals für weitere 5 Minuten geknetet. Die Masse wird entnommen, während das Gerät noch in beheiztem Zustand ist.The connections are made in a commercially available kneading unit (IKA duplex kneader). The kneading unit is heated to 100 ° C. 150 g of potato starch (maize starch from National Starch) and 45 g of glycerin are added in the operating state of the kneading unit. 5.0 g of NaCO 3 are dissolved in 50 g of water and added to the corn starch in the kneader. The mixture is homogenized. The process takes about 5 to 10 minutes, during which time the mixture becomes glassy. The entire mixture is kneaded for a further 5 minutes. The mass is removed while the device is still heated.
Beispiel 11Example 11
Herstellung von Folien mittels Preßtechnik aus thermoplastischen Materialien basierend auf StärkeProduction of foils using press technology from thermoplastic materials based on starch
Die thermoplastischen Formmassen werden zu Folien mittels der hier beschriebenen Preßtechnik weiterverarbeitet. Hierzu wird eine handelsübliche Presse der Fa. Schwabenthan (Polystat 300 S) verwendet. Die Presse wird auf 100 °C vorgeheizt. Die Probenpräparation erfolgt in einer „Sandwich-Technik" zwischen zwei gewebeverstärkte Teflonfolien, die mit einem etwa 100 mm dicken metallischen Rahmen auf Abstand gehalten werden. Etwa 2 g der im Kneter hergestellten Masse werden bei der Präparation in Mitte der unteren Folie plaziert. Die Probe wird 5 Minuten bei 100 °C und einem Druck von 1 t temperiert. Anschließend wird die Probe bei 100 °C für 5 Minuten und einem Druck von 10 1 gepreßt. Dies entspricht einem Druck von 200 bar. Die Presse wird entlastet und die Probe wird an eine andere Presse zwecks Abkühlung überführt. Hierbei handelt es sich um eine wassergekühlte Presse der Fa. Robert Fuchs Hydraulische Maschinen und Werkzeuge. Während des Abkühlvorgangs über eine Zeit von 2 Minuten wird ein Druck von 50 bar angelegt.The thermoplastic molding compositions are further processed into films using the pressing technique described here. A commercially available press from Schwabenthan (Polystat 300 S) is used for this. The press is preheated to 100 ° C. The sample preparation takes place in a "sandwich technique" between two tissue-reinforced Teflon foils, which are kept at a distance with an approximately 100 mm thick metallic frame. About 2 g of the mass produced in the kneader are placed in the middle of the bottom slide during preparation. The sample is tempered for 5 minutes at 100 ° C and a pressure of 1 t. The sample is then pressed at 100 ° C. for 5 minutes and a pressure of 10 liters. This corresponds to a pressure of 200 bar. The press is relieved and the sample is transferred to another press for cooling. This is a water-cooled press from Robert Fuchs Hydraulische Maschinen und Werkzeuge. A pressure of 50 bar is applied during the cooling process over a period of 2 minutes.
Beispiel 12Example 12
Untersuchung zur Temperaturstabilität von gemäß Beispiel 11 aus den thermoplastischen Formmassen aus Beispiel 9 und Vergleichsbeispiel 10 hergestellten Folien:Investigation of the temperature stability of films produced according to Example 11 from the thermoplastic molding compositions from Example 9 and Comparative Example 10:
Eine Folie in den Maßen 5 cm mal 5 cm wird auf einen Ring mit einem Innendurchmesser von 3 cm plaziert. Eine Fixierung wird dabei mit Metallklammern erzielt, so daß leichte Luftbewegungen an der Fixierung der Folien nichts verändern. Der Ring wird über einen am Ring angebrachten Haltestab in waagerechter Anordnung derart fixiert, daß sich die Folie in einer Höhe von 20 cm über der Laborbank in paralleler Anordnung befindet. Unterhalb des Rings wird eine offene Flamme, die für alle Untersuchungen identische Energien pro Zeit liefert und eine Höhe von 1-2 cm hat, angeordnet. Die obere Grenze der offenen Flamme hat dabei einen Abstand von 5 cm +/- 0,5 cm von der Folie. Es werden die Zeiten mit einer Stoppuhr gemessen, die notwendig sind, um eine Verkohlung der Folie zu erzielen, die mehr als 50 % der von der thermoplastischen Folie abgedeckten Ringfläche umfaßt. Es werden Mittelwerte von jeweils zehn Messungen gebildet.A film measuring 5 cm by 5 cm is placed on a ring with an inner diameter of 3 cm. Fixation is achieved with metal clips so that slight air movements on the fixation of the foils do not change anything. The ring is fixed in a horizontal arrangement via a holding rod attached to the ring in such a way that the film is in a parallel arrangement at a height of 20 cm above the laboratory bench. An open flame is arranged below the ring, which provides identical energies per time for all examinations and has a height of 1-2 cm. The upper limit of the open flame is 5 cm +/- 0.5 cm from the film. The times are measured with a stopwatch which are necessary to achieve a charring of the film which comprises more than 50% of the ring area covered by the thermoplastic film. Averages of ten measurements each are formed.
Folie aus Beispiel 9 mit Natriumtriphosphat: 25 sek. +/- 3 sek.Film from Example 9 with sodium triphosphate: 25 sec. +/- 3 sec.
Folie aus Vergleichsbeispiel 10 ohne Natriumtriphosphat: 16 sek. +/- 3 sek. Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen. Film from comparative example 10 without sodium triphosphate: 16 sec. +/- 3 sec. Further advantages and embodiments of the invention result from the following patent claims.

Claims

Patentansprüche claims
1. Thermoplastische Mischung auf Stärkebasis zur Herstellung von biologisch abbaubaren Formkörpern mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, erhältlich durch Bereitstellen und Mischen von1. Thermoplastic mixture based on starch for the production of biodegradable moldings with improved mechanical properties, obtainable by providing and mixing
A) 100 Gew.-Teilen einer rechnerisch auf einen Wassergehalt von Null Prozent korrigierten beliebigen nativen, chemisch modifizierten, fermentativen, rekombinanten und/oder durch Biotransformation hergestellten Stärke und/oder von Derivaten der genannten Stärken;A) 100 parts by weight of any native, chemically modified, fermentative, recombinant and / or biotransformation-corrected starch and / or derivatives of the starches mentioned, arithmetically corrected for a water content of zero percent;
B) gegebenenfalls bis 100 Gew.-Teilen eines physiologisch unbedenklichen, biologisch abbaubaren, thermoplastisch verarbeitbaren, von A) verschiedenen polymeren Materials;B) optionally up to 100 parts by weight of a physiologically acceptable, biodegradable, thermoplastically processable polymer material different from A);
C) 1 bis 100 Gewichtsteile Wasser;C) 1 to 100 parts by weight of water;
D) mindestens einem Weichmacher in einer Menge im Bereich von 10 Gew.- Teilen bis zur Hälfte der Summe der Gewichtsteile A) und B);D) at least one plasticizer in an amount in the range from 10 parts by weight to half the sum of parts by weight A) and B);
E) mindestens einem Phosphat in einer Menge im Bereich von 0,01 Gew.- Teilen bis (A)+B))/10 Gew.-Teilen;E) at least one phosphate in an amount in the range of 0.01 parts by weight to (A) + B)) / 10 parts by weight;
F) gegebenenfalls bis zu (A) + B)) Gew.-Teilen weiterer üblicher Zusätze;F) optionally up to (A) + B)) parts by weight of other customary additives;
wobei wenigstens das Mischen der Komponente E) mit der Komponente A) unter Einbringung von thermischer und mechanischer Energie in die thermopla- stische Mischung erfolgt.wherein at least the mixing of component E) with component A) takes place with the introduction of thermal and mechanical energy into the thermoplastic mixture.
2. Thermoplastische Mischung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente E) in einer Menge von wenigstens 0,1 Gew.-Teilen enthalten ist.2. Thermoplastic mixture according to claim 1, characterized in that component E) is contained in an amount of at least 0.1 part by weight.
3. Thermoplastische Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente E) in einer Menge bis zu (A)+B))/20 Gew.-Teilen enthalten ist. 3. Thermoplastic mixture according to claim 1 or 2, characterized in that component E) is contained in an amount up to (A) + B)) / 20 parts by weight.
4. Thermoplastische Mischung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente E) ein Alkalisalz eines Metaphosphats oder Polyphosphats ist.4. Thermoplastic mixture according to one or more of the preceding claims, characterized in that component E) is an alkali metal salt of a metaphosphate or polyphosphate.
5. Thermoplastische Mischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente E) Natriumtrimetaphosphat, Natriummetaphosphat, Natriumpolyphosphat und/oder Natriumhexametaphospat, vorzugsweise Natriumpolyphosphat, ist.5. Thermoplastic mixture according to claim 4, characterized in that component E) is sodium trimetaphosphate, sodium metaphosphate, sodium polyphosphate and / or sodium hexametaphosphate, preferably sodium polyphosphate.
6. Thermoplastische Mischung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Mischen bei Temperaturen im Bereich von > 60 C bis 200 °C erhältlich ist.6. Thermoplastic mixture according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is obtainable by mixing at temperatures in the range from> 60 C to 200 ° C.
7. Thermoplastische Mischung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Mischen unter Einwirkung von stark scherenden Plastifizierungselemente aufweisenden Mischaggregaten erhältlich ist, wobei mit den Plastifizierungselementen Drehmomente im Bereich von 10 bis 100 Nm, vorzugsweise 20 bis 40 Nm, erzielbar sind.7. Thermoplastic mixture according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is obtainable by mixing under the action of high-shear plasticizing elements having mixing units, with the plasticizing elements torques in the range from 10 to 100 Nm, preferably 20 to 40 Nm, achievable are.
8. Verfahren zu Herstellung einer thermoplastische Mischung auf Stärkebasis, bei dem man8. A process for the preparation of a thermoplastic starch-based mixture, in which
A) 100 Gew.-Teile einer rechnerisch auf einen Wassergehalt von Null Prozent korrigierten beliebigen nativen, chemisch modifizierten, fermentativen, re- kombinanten und/oder durch Biotransformation hergestellten Stärke und/oder von Derivaten der genannten Stärken;A) 100 parts by weight of any native, chemically modified, fermentative, recombinant and / or biotransformation-corrected arithmetically corrected to a water content of zero percent and / or derivatives of the named starches;
B) gegebenenfalls bis 100 Gew.-Teile eines von A) verschiedenen physiologisch unbedenklichen, biologisch abbaubaren, thermoplastisch verarbeitbaren, polymeren Materials; C) 1 bis 100 Gewichtsteile Wasser; D) mindestens einen Weichmacher in einer Menge im Bereich von 10 Gew.- Teilen bis zur Hälfte der Summe der Gewichtsteile A) und B);B) optionally up to 100 parts by weight of a physiologically acceptable, biodegradable, thermoplastically processable, polymeric material different from A); C) 1 to 100 parts by weight of water; D) at least one plasticizer in an amount in the range from 10 parts by weight to half the sum of parts by weight A) and B);
E) mindestens ein Phosphat, vorzugsweise Phosphorsäuresalz, in einer Menge im Bereich von 0,01 Gew.-Teilen bis (A)+B))/10 Gew.-Teilen; F) gegebenenfalls bis zu (A) + B)) Gew.-Teile weiterer üblicher Zusätze;E) at least one phosphate, preferably phosphoric acid salt, in an amount in the range from 0.01 part by weight to (A) + B)) / 10 parts by weight; F) optionally up to (A) + B)) parts by weight of other customary additives;
bereitstellt und miteinander vermischt, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente E) zu den Komponenten A) bis D) sowie gegebenenfalls F) zugefügt wird, wobei wenigstens das Mischen der Komponente E) mit den restlichen Kompo- nenten unter Einbringung von thermischer und mechanischer Energie in, vorzugsweise unter Einwirkung erhöhter Temperatur und gleichzeitiger Ausübung von Scherkräften auf, die thermoplastische Mischung erfolgt.provides and mixed with one another, characterized in that component E) is added to components A) to D) and optionally F), at least mixing component E) with the remaining components while introducing thermal and mechanical energy into , preferably under the influence of elevated temperature and simultaneous exertion of shear forces, the thermoplastic mixture takes place.
9. Granulat erhältlich aus der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 durch Extrusion und Pelletisierung.9. Granules obtainable from the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 by extrusion and pelletization.
10. Biologisch abbaubares Formteil oder Folie mit verbesserten mechanischen Ei genschaften aufweisend die thermoplastische Mischung gemäß den10. Biodegradable molding or film with improved mechanical properties having the thermoplastic mixture according to the
Ansprüchen 1 bis 7.Claims 1 to 7.
11. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Formteilen oder Folien.11. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of moldings or films.
12. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Formkörpern zur kontrollierten Freigabe von Wirkstoffen.12. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of moldings for the controlled release of active ingredients.
13. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Formkörpern zur Herstellung von massiven Formkörpern,13. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of moldings for the production of solid moldings,
Hohlkörpern oder Kombinationen davon. Hollow bodies or combinations thereof.
14. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Folien zum Gebrauch in der Landwirtschaft.14. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of films for use in agriculture.
15. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Folien zum Gebrauch in der Lebensmittelanwendung.15. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of films for use in food applications.
16. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Folien zum Gebrauch als Lebensmittelumverpackung.16. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of films for use as food packaging.
17. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Folien zum Gebrauch als Lebensmittelverpackung mit vollständigem Flächenkontakt zum Lebensmittel.17. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of films for use as food packaging with full surface contact with the food.
18. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Flach- oder tubularen Folien zur Verwendung als Lebens mittelhüllen für Wurst und Käse.18. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for the production of flat or tubular films for use as food casings for sausage and cheese.
19. Verwendung der thermoplastischen Mischung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Verwendung als temporäre Schutzfilme für technische Gebrauchsgegen stände. 19. Use of the thermoplastic mixture according to claims 1 to 7 for use as temporary protective films for technical commodities.
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