EP4402203A2 - Kaffeesatz als additiv für kunststoffmaterialien - Google Patents

Kaffeesatz als additiv für kunststoffmaterialien

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Publication number
EP4402203A2
EP4402203A2 EP22862359.1A EP22862359A EP4402203A2 EP 4402203 A2 EP4402203 A2 EP 4402203A2 EP 22862359 A EP22862359 A EP 22862359A EP 4402203 A2 EP4402203 A2 EP 4402203A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coffee grounds
divalent
metal compound
plastic material
carboxyl groups
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22862359.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Neumann
Andreas Heckel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benecke Kaliko GmbH
Original Assignee
Benecke Kaliko AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Benecke Kaliko AG filed Critical Benecke Kaliko AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • D06N2211/28—Artificial leather

Definitions

  • the invention relates to plastic materials which contain coffee grounds as an additive, in particular plastic layers which are suitable for multi-layer composite materials, processes for the production of such plastic materials, coffee grounds premixes suitable therefor and their use.
  • Plastic materials usually contain a number of additives necessary to impart certain properties to the material.
  • the commonly used additives are usually based on conventional chemical products or primary raw materials. There is a constantly growing interest in replacing such conventional additives with sustainable products and/or waste products that are intended to be recycled in this way.
  • powdered coffee grounds are pressed with epoxy adhesives into objects that can be used in the home, such as cups or plates.
  • Coffee consists of roasted coffee beans.
  • the roasting process oxidizes the coffee bean and increases the formation of carboxyl groups on the surface as well as migratory, usually brown-colored molecules containing carboxyl groups, such as coffee oils.
  • the powdered coffee grounds can contain, for example, about 5 to 20% by weight, preferably 10 to 15% by weight, of coffee oils. These coffee oils are soluble in both hydrophilic and hydrophobic media and can be seen as interfacial mediators. When incorporated into a plastic material, these can also migrate into the polymer matrix and finally emerge on the surface of the plastic material, which is also referred to as exudation. Because of the usually brown color of the carboxyl coffee oil and other anionic components such as organic phosphates, this can lead to soiling of the plastic material, which is usually undesirable and can make the use of coffee grounds in such applications impossible.
  • the object of the invention was therefore in particular to provide plastic materials in which the sustainability product coffee grounds powder can be added as an additive without the plastic material being soiled by the coffee grounds contained.
  • the inventors have surprisingly found that when coffee grounds are included in plastics, migration of brown coffee oil containing carboxyl groups into the plastic matrix and in particular exudation of the coffee oil from the plastic material can be largely or completely prevented by complexing with divalent ions such as calcium or trivalent ions . In this way, soiling of the plastic materials, e.g. the plastic layers, can be avoided.
  • the invention thus relates to a plastic material which comprises at least one polymer as a matrix, coffee grounds powder containing carboxyl groups and at least one metal compound containing a divalent or trivalent metal cation, the molar ratio of carboxyl groups in the coffee grounds powder to the divalent or trivalent metal cations of the at least one metal compound being in the range from 1 :0.1 to 1:20.
  • the present invention avoids contamination of the polymer matrix by the coffee grounds incorporated by migration of the coffee oils and in particular exudation of these oils by complexing the carboxyl groups contained therein with the divalent or trivalent metal cations can be at least partially or completely prevented .
  • the plastic material or the material surface is not soiled by migration of components of the coffee grounds powder, such as coffee oils and roasted products.
  • the coffee grounds powder can act not only as a coloring agent or filler, but that the complex or chelate compounds formed from coffee oil and divalent or trivalent metal ions are also suitable, for example, as processing aids and stabilizers.
  • calcium, barium and zinc coffee oils can be generated from zinc, barium and calcium salts, the structure of which is very similar to the metal soaps that are commonly used for PVC stabilization, for example.
  • Coffee oil-zinc complexes also have an antibacterial effect, as is already known for normal zinc soaps such as zinc laurate and zinc stearate.
  • the plastic material according to the invention comprises at least one polymer as a matrix, coffee grounds powder containing carboxyl groups and at least one metal compound containing a divalent or trivalent metal cation.
  • a metal compound containing a divalent metal cation is particularly preferred.
  • Trivalent metal ions such as Fe 3+ or Al 3+ , eg aluminum soaps, can also be used, but the ionic bond between coffee oil and aluminum ion is significantly weaker (see below).
  • the at least one polymer contained in the plastic material forms the matrix of the plastic material.
  • the plastic material can contain a polymer or a combination of two or more polymers as matrix.
  • the at least one polymer is preferably an organic polymer.
  • the at least one polymer is particularly preferably a thermoplastic polymer or a thermoplastic elastomer. Accordingly, it is also preferred that the plastic material is a thermoplastic plastic material.
  • the at least one polymer is selected from polyvinyl chloride (PVC), thermoplastic elastomers (TPE), polyurethane, polyolefin, silicone, polylactide, polyamide, polyhydroxybutyric acid, polyester or a combination thereof.
  • suitable thermoplastic Elastomers are urethane-based thermoplastic elastomers (TPU), thermoplastic copolyester elastomers (TPE), thermoplastic styrenic block copolymers (TPS) and olefin-based thermoplastic elastomers (TPO), eg polypropylene/ethylene propylene diene rubber (PP/EPDM).
  • the at least one polymer is particularly preferably PVC, in particular soft PVC.
  • the plastic material is therefore particularly preferably a PVC article, in particular a PVC layer or a PVC film, in particular made of soft PVC.
  • the softener in the mixture allows the coffee oils to be quickly distributed in the mass. This results in faster migration of the dyes into the polymer phase.
  • Further preferred polymers are TPU and TPE polymers which have a clear expression behavior compared to the coffee oils. The expression behavior here means a migration of these oils to the material surface.
  • the proportion of at least one polymer as a matrix in the plastic material can vary within wide ranges, for example it can be in the range from 20 to 80% by weight, preferably 20 to 60% by weight, based on the total weight of the plastic material, e.g PVC, in particular soft PVC.
  • the range is, for example, in the range from 20% by weight to 99% by weight, preferably in the range from 20 to 50% by weight.
  • the plastic material according to the invention also contains coffee grounds powder containing carboxyl groups.
  • the coffee grounds contain, in particular, carboxyl groups in the form of coffee oils containing carboxyl groups.
  • the powdered coffee grounds the powdered coffee grounds obtained as a waste product can be used as it is. However, it may be expedient to prepare it beforehand, for example in order to obtain a more uniform starting product with regard to the desired particle size and the desired degree of moisture.
  • Coffee grounds powder can, for example, be present in very different finenesses and grain sizes and have different levels of water content.
  • the processing to provide a coffee grounds powder with the desired parameters and/or for standardization can include, for example, drying to the desired water content and/or grinding and sieving processes and, if appropriate, division into suitable size fractions. Grinding and, if necessary, classification is usually carried out after drying.
  • the water content of the coffee grounds powder can, for example, range from 0 to
  • the coffee grounds powder 20% by weight, based on the total weight of the coffee grounds powder. Too high a water content can interfere with the production of the plastic material. On the other hand, some water in the coffee grounds is preferred because it can aid in the dissolution of the metal compound ions, which in turn promotes complex formation between the carboxyl groups in the coffee grounds and the divalent or trivalent metal cations. In this respect it is preferred if the water content of the coffee grounds powder is in the range of 0.5 to 4% by weight, preferably 1 to 2% by weight, based on the total weight of the coffee grounds powder.
  • the particle size of the coffee grounds powder can be, for example, in a range from 0.1 to 2000 ⁇ m, preferably from 0.5 to 600 ⁇ m. If required, the coffee grounds powder can also be pulverized to a particle size in the range of 0.1 and 100 ⁇ m.
  • the particle size refers to the mean particle size (dso value), based on the volumetric diameter or on the numerical diameter and can be determined, for example, by light scattering or laser diffraction. Monomodal and multimodal particle size distributions are possible.
  • the proportion of coffee grounds powder in the plastic material can depend, for example, on the polymer matrix used, the application method and the intended use.
  • the content of coffee grounds powder, based on the dry weight of the coffee grounds can be, for example, in the range from 0.01 to 70% by weight, preferably 0.1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 50% by weight, based on the Total weight of the plastic material are. If the plastic material is applied using a coating method, such as a doctor blade or a roll coater, the content of coffee grounds powder, based on the dry weight of the coffee grounds, can be, for example, in the range from 0.01 to 20% by weight, preferably 0. 1 to 12% by weight, particularly preferably 2 to 12% by weight, based on the total weight of the plastic material.
  • the content of coffee grounds powder based on the dry weight of the coffee grounds, can be, for example, in the range from 0.1 to 70% by weight, preferably 0.1 to 50% by weight 10 to 50% by weight, based on the total weight of the plastic material.
  • the coffee grounds powder can be added as such to the plastic composition for the production of the plastic material. It can also be added in the form of a masterbatch. Details are described below in connection with the method according to the invention.
  • the plastic material according to the invention also contains at least one metal compound which contains a divalent or trivalent metal cation, with a divalent metal cation being preferred.
  • the metal compound containing a divalent or trivalent metal cation is preferably a metal salt, preferably an inorganic metal salt, the metal hydroxides also being counted among the salts here.
  • the metal salt is preferably an alkaline metal salt, particularly an alkaline inorganic metal salt.
  • a metal compound containing a divalent or trivalent metal cation or a combination of two or more of such metal compounds may be used. In general, however, the use of such a metal compound is expedient.
  • the divalent metal cation of the at least one metal compound is selected, for example, from Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ or a combination thereof, where Ca 2+ , Ba 2+ , Mg 2+ , Zn 2 + or a combination thereof are more preferred. Ca 2+ and/or Mg 2+ , especially Ca 2+ , is particularly preferred.
  • the trivalent metal cation of the at least one metal compound is, for example, Fe 3+ or Al 3+ .
  • the Counterion to the divalent or trivalent cation, preferably divalent cation, in the metal compound or the metal salt is preferably selected from carbonate, hydroxide, halide such as chloride, bromide or iodide, nitrate, nitrite, perchlorate, chlorate, oxide and sulfate or a combination of that. These counterions have a high affinity for the coffee oils.
  • the metal compound containing at least one divalent metal cation is preferably selected from calcium carbonate, calcium hydroxide, magnesium sulfate, barium chloride, calcium carbonate and calcium hydroxide being particularly preferred.
  • An example of a metal compound containing at least one trivalent metal cation is an aluminum soap or aluminum hydroxide.
  • the low pH of coffee roast products and coffee oils and coffee oil acids allow better binding to alkaline metal salts, e.g.
  • the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation is not used as a filler component but as a functional component for binding the coffee oils or oleic acids as well as roasted products. This can depend on the amount of coffee grounds, the degree of roasting and the type of coffee as well as the accessibility of the migration-sensitive substances in the matrix, determined by the degree of fineness of the particles.
  • the metal compound can be present in the plastic material at least partially in a dissociated form.
  • the carboxyl groups of the coffee grounds powder or the coffee oil contained therein form a complex compound with the divalent or trivalent metal cations of the at least one metal compound, with the carboxyl groups coordinating to the metal cations.
  • the complexes that form can be chelate compounds.
  • Trivalent ions such as aluminum-based compounds also have low affinity.
  • aluminum hydroxide showed a significantly lower affinity compared to systems based on calcium.
  • the proportion of coffee grounds powder containing carboxyl groups and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation in the plastic material is such that the molar ratio of carboxyl groups in the coffee grounds powder to the divalent or trivalent metal cations of the at least one metal compound is in the range from 1:0.1 to 1 :20 lies.
  • the molar ratio of carboxyl groups in the coffee grounds powder to the divalent or trivalent, preferably divalent, metal cations of the at least one metal compound is preferably in the range from 1:0.5 to 1:10, more preferably 1:0.7 to 1:5, particularly preferably 1 :0.7 to 1:4.
  • a divalent metal cation can coordinate to two carboxyl groups.
  • the molar ratio of carboxyl groups to the divalent or trivalent metal cations is therefore preferably at least 1:0.5 in order to achieve extensive complexing of the carboxyl groups.
  • too high an excess of divalent or trivalent metal cations is not expedient since no further improvement in terms of the degree of complexing can be achieved as a result.
  • the plastic material may also contain one or more other additives that are conventional in the art.
  • suitable additives are dyes, pigments, matting agents, quantum dots, plasticizers, fillers, flow control agents, defoamers, lubricants, rheology aids, thickeners, crosslinkers, light stabilizers, surface modifiers, stabilizers, reinforcing agents such as fibers, flame retardants, blowing agents, both chemically and physically , surface-active substances and/or biocides.
  • suitable further additives depending on the intended use.
  • the plastic material can contain at least one plasticizer.
  • suitable plasticizers are given below in the description of the process according to the invention.
  • the plastic material can be any plastic body.
  • the plastic material is a plastic layer, in particular a film-like plastic layer (plastic film) which, for example, can be coated, calendered, cast or extruded for application to a substrate and then optionally crosslinked and/or gelled.
  • the terms plastic layer and plastic film are used interchangeably.
  • the plastic layer can be used as a monolayer, eg as a film or web.
  • the plastic layer is part of a multi-layer composite material in which it is combined with other layers.
  • the multi-layer composite material can contain one or more plastic layers according to the invention.
  • the plastic material in particular the plastic layer, can be colored, translucent or transparent. With a translucent or transparent plastic material, the proportion of coffee grounds powder in it is relatively low.
  • the plastic material, in particular the plastic layer can be a compact or foamed plastic material, with compact or non-foamed materials generally being preferred.
  • the plastic layer of the present invention in the form of a plastic film or sheet can be laminated to other layers of the composite, e.g., by gluing or by sequentially coating, drying, gelling, crosslinking, and recoating.
  • the plastic layer according to the invention can also be formed during the production of the multi-layer composite material, in which a corresponding plastic composition is applied by a coating process to a substrate, which is usually part of the composite material, and optionally cured to form the plastic layer.
  • the plastic material according to the invention in particular in the form of a plastic layer, for example as an independent layer or as a multi-layer composite material containing at least one plastic layer according to the invention, for example artificial leather, a film, a foil, a floor covering or a Be wall covering, eg for indoor and outdoor applications, furniture and applications in the field of vehicles, especially automobiles.
  • the plastic material, in particular the plastic layer is particularly suitable for applications in the automotive sector or in industry in general, such as furniture foils, floor coverings, wall coverings, automotive headliner applications, automotive interior applications and/or seat materials. These applications can be in the interior, exterior, mobility or contract sector, such as e.g. hotel chains, cinemas, home applications, airplanes, bus and train, cruise ships (nautical application).
  • the plastic layer according to the invention is contained in an artificial leather or is a component of an artificial leather.
  • Imitation leather is a multi-layered composite material that in this order comprises a top layer, which is usually colored as a coloring layer, an intermediate layer, which is usually present as a foamed layer to improve the feel, a backing layer and a textile carrier, with the backing layer for connection of the textile carrier is used.
  • top layer which can serve as a protective layer, for example.
  • the lacquer layer is often transparent or translucent.
  • Top layer, intermediate layer and laminating layer are often also referred to as top coat, intermediate coat or laminating coat.
  • the plastic layer according to the invention is used in the artificial leather as a cover layer, the plastic layer preferably being a soft PVC layer, i.e. the at least one polymer as matrix comprises or is soft PVC.
  • the coffee grounds powder can be used in particular to color the cover layer.
  • the top layer can contain other dyes and/or pigments in addition to the coffee grounds powder.
  • the multilayer composite material used as artificial leather is usually provided with a leather grain, textile grain or technical surface by a conventional graining process.
  • An advantage of the plastic layer according to the invention provided as a cover layer is, for example, that a largely natural-looking leather look can be achieved with the coffee grounds contained.
  • the invention thus also relates to a multi-layer composite material which comprises at least one plastic layer according to the invention, the multi-layer composite material preferably being an artificial leather.
  • the plastic material according to the invention can preferably be obtained by the method according to the invention described below.
  • the invention further relates to a method for producing a plastic material according to the invention as described above, the method comprising the following steps a) Forming a plastic composition by mixing its components, containing at least one polymer as a matrix former, coffee grounds powder containing carboxyl groups and at least one divalent or trivalent metal cation Metal compound include, wherein the molar ratio of carboxyl groups of the coffee grounds powder to the divalent or trivalent metal cations of the at least one metal compound in the range of 1: 0.1 to
  • the method can include the following steps:
  • a plastic composition is formed by mixing its components.
  • the components of the plastic composition include the at least one polymer as a matrix former, the coffee grounds powder containing carboxyl groups and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation.
  • the plastic composition can also contain one or more other additives as further components.
  • the plastic composition may optionally also contain one or more solvents, e.g., water and/or an organic solvent.
  • the plastic composition can contain at least one plasticizer.
  • the plasticizer can vary depending on the polymer used in the plastic composition and the intended use. Appropriate plasticizers are commercially available and known to those skilled in the art. Examples of suitable plasticizers are phthalic acid esters, esters of aliphatic dicarboxylic acids, epoxidized oils, for example epoxidized soybean oil, citric acid esters, trimellitates, polyesters, phosphoric acid esters, fatty acid esters and terephthalic acid esters.
  • the components of the plastic composition can be mixed in mixing devices customary in the art. Mixing can be done at ambient temperature. However, it may be expedient to preheat the mixing device and/or individual components of the plastic composition in order to support the mixing process. The order of addition of the ingredients is arbitrary. When using plasticizers, it is often expedient to initially introduce the plasticizer into the mixing device and then to mix in the other components.
  • the coffee grounds powder can be added as such or in the form of a premix to the plastic composition to be produced.
  • Use as a premix can be advantageous in order to protect the coffee grounds powder or to improve its shelf life, to achieve better mixing in the plastic composition and/or to obtain a suitable dosage form.
  • the coffee grounds may be premixed with a plasticizer and optionally a solvent to form a premix.
  • plasticizer e.g., "moist”, paste-like or free-flowing or pumpable premixes can be formed as required.
  • suitable plasticizers and solvents are mentioned above.
  • the softener prevents the coffee grounds from being degraded by fungi and bacteria as well as other microbial decomposition processes.
  • the coffee grounds powder can be mixed with a polymer, for example, pellets or granules preferably being obtained in which the coffee grounds powder is contained in the polymer matrix.
  • suitable polymers are the polymers mentioned above as matrix formers for the plastic material.
  • the polymer can correspond to the at least one polymer for the plastic material or be different. Thermoplastic polymers or thermoplastic elastomers, eg TPU, are preferred.
  • the coffee grounds powder containing carboxyl groups and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation are mixed together before addition to the plastic composition, optionally with the further addition of a plasticizer and/or other components, in order to form a coffee grounds premix.
  • the coffee grounds premix thus obtained can then be mixed with the other components of the plastic composition to form the plastic composition.
  • the coffee grounds premix is explained in detail below.
  • a particular advantage of using such a coffee grounds premix is that by premixing the two components and then adding them together instead of adding the two components separately to the plastic composition, a more intimate mixture of coffee grounds powder containing carboxyl groups and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation is obtained is, whereby the complexation of carboxyl groups to the divalent or trivalent metal cations is simplified and an increased degree of complexation can be achieved.
  • the plastic composition formed is applied to a substrate or brought into the desired shape by a molding process.
  • the plastic composition can be applied or shaped by conventional methods, for example by calendering, brushing, spraying, printing, casting or extrusion.
  • the plastic composition can be formed into a plastic layer in the form of a plastic film by calendering with a calender, or a plastic film can be produced by using a transfer coating method.
  • the applied or molded plastic composition may already have sufficient strength to form the plastic material.
  • the applied or shaped plastic composition can optionally be cured in order to form the finished plastic material. Such curing may occur during application or molding of the plastic composition, or thereafter, or partially during application or molding and partially thereafter.
  • Such hardening may be mere solidification by drying and/or cooling.
  • drying can be promoted by heating the plastic composition.
  • Curing through crosslinking reactions in the plastics composition is also possible, for which purpose a suitable crosslinker is generally present in the plastics composition.
  • the imitation leather is generally provided with a leather grain in a subsequent step by means of a graining process.
  • graining methods can be used, e.g. steel embossing, vacuum embossing or silicone embossing.
  • the invention also relates to a coffee grounds premix which can be used in the method according to the invention, as described above.
  • the coffee grounds powder used according to the invention relates to roasted products from coffee processing, which are produced as a waste product from coffee production and are therefore present as coffee grounds containing coffee oils and coffee oleic acids.
  • the coffee grounds premix according to the invention accordingly comprises coffee grounds powder containing carboxyl groups and at least one metal compound containing a divalent or trivalent metal cation, the molar ratio of carboxyl groups in the coffee grounds powder to the divalent or trivalent metal cations of the at least one metal compound being in the range from 1:0.1 to 1:20 lies. All of the statements made above regarding the coffee grounds powder and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation and the molar ratio of carboxyl groups to divalent or trivalent metal cations apply accordingly.
  • the molar ratio of carboxyl groups of the coffee grounds powder to the divalent or trivalent metal cations of the at least one metal compound in the coffee grounds premix is preferably in the range from 1:0.5 to 1:10, more preferably 1:0.7 to 1:5 preferably 1:0.7 to 1:4.
  • the divalent or trivalent metal cation of the at least one metal compound is selected from Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Fe 3+ , Al 3 + or a combination thereof, preferably Ca 2+ , Ba 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ or a combination thereof, and/or the at least one metal compound as a counterion is an anion selected from carbonate, hydroxide, halide, eg chloride, bromide or iodide, nitrate, nitrite, perchlorate, chlorate, oxide and sulfate, the at least one metal compound preferably being calcium carbonate or calcium hydroxide.
  • Other exemplary compounds are magnesium carbonate or barium chloride.
  • An example of a metal compound containing at least one trivalent metal cation is an aluminum soap or aluminum hydroxide.
  • the coffee grounds premix can optionally contain one or more other additives, eg at least one plasticizer and/or at least one polymer, preferably at least one plasticizer.
  • Such coffee ground powder premixes with at least one plasticizer and/or at least one polymer correspond to the coffee ground powder-containing premixes described above, except that the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation is additionally present.
  • the examples given there for plasticizers and polymers also apply.
  • the total amount of coffee grounds powder (dry weight) and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation in the coffee grounds premix can be, for example, in the range from 5 to 100% by weight, preferably 25 to 98% by weight, particularly preferably 50 to 98% by weight % based on the total weight of the coffee grounds premix.
  • the amount can differ depending on the application, eg by means of a brush or an extruder.
  • Much of the plasticizer can also be added via the masterbatch for the final product.
  • the percentages of coffee grounds powder and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation can also be relatively small overall, for example 5% by weight.
  • the total amount of coffee grounds powder (dry weight), the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation and the at least one softener in the coffee grounds premix can be, for example, in the range from 80 to 100% by weight. , preferably 90 to 100% by weight, based on the total weight of the coffee grounds premix.
  • Coffee grounds powder and the metal compound containing at least one divalent or trivalent metal cation and optionally one or more other additives, such as at least one softener, can be mixed in conventional mixing devices to form the coffee grounds premix.
  • the carboxyl groups of the coffee grounds powder form a complex compound with the divalent or trivalent metal cation(s) of the at least one metal compound.
  • the invention further relates to the use of the coffee grounds premix according to the invention as described above as an additive for a plastic material.
  • the coffee grounds premix is particularly useful as a colorant, processing aid, stabilizer and/or filler for a plastic material.
  • the coffee grounds premix may also be useful as a bactericide for a plastics material, particularly when the metal compound containing at least one divalent metal cation is a zinc compound.
  • the invention further relates to the use of a metal compound containing a divalent or trivalent metal cation in a plastic material comprising at least one polymer as matrix and coffee grounds powder containing carboxyl groups, to avoid soiling of the plastic material or the material surface through migration of components of the coffee grounds powder, e.g. Coffee oils or roasted products, the molar ratio of carboxyl groups of the coffee grounds powder to the divalent or trivalent metal cations of the at least one metal compound being set in the range from 1:0.1 to 1:20.
  • the composition of coffee grounds with regard to the proportion of coffee oil and the composition of the coffee oil is quite similar and known within a certain range of variation.
  • the composition can be determined by usual methods.
  • the proportion of coffee oil can be determined, for example, by extracting it from the coffee grounds. Suitable methods for analyzing the composition of the coffee oil are, for example, head space gas chromatography.
  • the proportion of coffee oil in the roasted coffee beans can be between 10-30% by weight, for example.
  • the molar proportion of carboxyl groups in the coffee grounds results in particular from the quantity and composition of the coffee oil contained therein.
  • the composition of the coffee oil can be, for example, according to the following table. average molecular weight (coffee oil) 275
  • the molecular weight of calcium carbonate is 100 g/mol.
  • 100g of coffee grounds can contain about 15g of coffee oil.
  • a triple proportion of calcium carbonate is used.
  • about 8.2 g of calcium carbonate would be added to 100 g of coffee grounds.
  • the amount of coffee oil in a coffee grounds can vary depending on the processes and methods of coffee production, e.g. roasting. Furthermore, the brewing temperature and the pressure of the coffee extraction during coffee production, e.g. 60-80 °C or screen printing or cold brew processes, have a significant influence on the coffee oil content in the coffee grounds.
  • coffee grounds powder is mixed with calcium carbonate and other additives in accordance with the quantities given in the following table.
  • the desired proportion of calcium carbonate can be calculated from the proportion of coffee oil in the coffee grounds powder and the composition of the coffee bean oil (cf. Example 1).
  • plastic formulations according to Variant 1 and Variant 2 can be produced from soft PVC according to the table below.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffmaterial, das ein Polymer als Matrix, Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung umfasst, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der Metallverbindung im Bereich von 1:0,1 bis 1:20 liegt, und ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffmaterials. Die Erfindung betrifft auch eine Kaffeesatz-Vormischung und deren Verwendung.

Description

Beschreibung
Kaffeesatz als Additiv für Kunststoffmatenalien
Die Erfindung betrifft Kunststoffmatenalien, die Kaffeesatz als Additiv enthalten, insbesondere Kunststoffschichten, die für mehrschichtige Verbundmaterialien geeignet sind, Verfahren zur Herstellung solcher Kunststoffmatenalien, dafür geeignete Kaffeesatz-Vormischungen und deren Verwendung.
Kunststoffmatenalien enthalten gewöhnlich eine Reihe von Additiven, die notwendig sind, um dem Material bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Die üblicherweise eingesetzten Additive basieren in der Regel auf konventionellen Chemieprodukten oder primären Rohstoffen. Es besteht ein stetig wachsendes Interesse an einem Ersatz solcher konventionellen Additive durch nachhaltige Produkte und/oder Abfallprodukten, die so einer Wiederverwertung zugeführt werden sollen.
Pulverförmiger Kaffeesatz fällt in vielen Haushalten, Gaststätten und Firmen großvolumig an und wird größtenteils einfach entsorgt. Es sind aber auch Ansätze für eine Wiederverwertung bekannt. Beispielsweise wird Kaffeesatzpulver mit Epoxidklebern zu Gegenständen gepresst, welche im Haushalt Verwendung finden können, beispielsweise als Tassen oder Teller.
Kaffee besteht aus gerösteten Kaffeebohnen. Durch den Röstprozess kommt es zur Oxidation der Kaffeebohne und zur vermehrten Bildung von Carboxylgruppen an der Oberfläche sowie Carboxylgruppen enthaltende migrationsfähige, meist braun eingefärbte Moleküle wie Kaffeeölen.
Der pulverförmige Kaffeesatz kann z.B. etwa 5 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 15 Gew.-% Kaffeeöle, enthalten. Diese Kaffeeöle sind in hydrophilen wie auch hydrophoben Medien löslich und können als Grenzflächenvermittler gesehen werden. Dabei können diese bei Einverleibung in ein Kunststoffmatenal auch in die Polymermatrix migrieren und schließlich an der Oberfläche des Kunststoffmaterials austreten, was auch als Ausschwitzen bezeichnet wird. Aufgrund der gewöhnlich braunen Farbe des carboxylhaltigen Kaffeeöls und anderer anionischer Komponenten wie organischer Phosphate kann dies zu Anschmutzung des Kunststoffmatenals führen, was meist unerwünscht ist und den Einsatz von Kaffeesatz in solchen Anwendungen unmöglich machen kann.
Die Aufgabe der Erfindung bestand daher insbesondere darin, Kunststoffmaterialien bereitzustellen, in denen das Nachhaltigkeitsprodukt Kaffeesatzpulver als Zusatzmittel aufgenommen werden kann, ohne dass dies zu einer Anschmutzung des Kunststoffmaterials durch den enthaltenen Kaffeesatz führt.
Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, dass bei Aufnahme von Kaffeesatz in Kunststoffen eine Migration von braunem und Carboxylgruppen enthaltendem Kaffeeöl in die Kunststoffmatrix und insbesondere ein Ausschwitzen des Kaffeeöls aus dem Kunststoffmatenal durch die Komplexierung mit zweiwertigen Ionen wie Calcium oder dreiwertigen Ionen weitgehend oder vollständig verhindert werden kann. Dadurch kann eine Anschmutzung der Kunststoffmaterialien, z.B. der Kunststoffschichten, vermieden werden.
Die Erfindung betrifft somit ein Kunststoffmatenal, welches mindestens ein Polymer als Matrix, Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung umfasst, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis 1 :20 liegt.
Wie vorstehend erörtert, wird durch die vorliegende Erfindung eine Verschmutzung der Polymermatrix durch den einverleibten Kaffeesatz vermieden, indem eine Migration der Kaffeeöle und insbesondere ein Ausschwitzen dieser Öle durch die Komplexierung der darin enthaltenen Carboxylgruppen mit den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen zumindest teilweise oder vollständig verhindert werden kann. Insbesondere ist es bevorzugt, dass keine Anschmutzung des Kunststoffmaterials bzw. der Materialoberfläche durch Migration von Komponenten des Kaffeesatzpulvers, wie z.B. Kaffeeöle und Röstprodukte, erfolgt. Im Rahmen der Erfindung wurde außerdem gefunden, dass das Kaffeesatzpulver nicht nur als farbgebendes Mittel oder Füllstoff fungieren kann, sondern die gebildeten Komplex- oder Chelatverbindungen aus Kaffeeöl und zweiwertigen oder dreiwertigen Metallionen sich beispielsweise auch als Prozesshilfsmittel und Stabilisatoren eignen. Zum Beispiel können durch Zink-, Barium- und Calciumsalze Calcium-, Barium- bzw. Zink-Kaffeeöle generiert werden, deren Struktur den Metallseifen sehr ähnlich sind, die beispielsweise gewöhnlich zur PVC-Stabilisierung eingesetzt werden.
Kaffeeöl-Zink-Komplexe wirken zudem antibakteriell, wie es bereits für die normalen Zinkseifen wie Zinklaurat und Zinkstearat bekannt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung ausführlich erläutert.
Das erfindungsgemäße Kunststoffmatenal umfasst mindestens ein Polymer als Matrix, Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung. Eine zweiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung ist besonders bevorzugt. Dreiwertige Metallionen, wie Fe3+ oder Al3+, z.B. Aluminiumseifen, können ebenfalls verwendet werden, jedoch ist die ionische Bindung von Kaffeeöl und Aluminiumion deutlich schwächer (siehe weiter unten).
Das mindestens eine Polymer, das in dem Kunststoffmatenal enthalten ist, bildet die Matrix des Kunststoffmatenals. Das Kunststoffmaterial kann ein Polymer oder eine Kombination von zwei oder mehr Polymeren als Matrix enthalten. Das mindestens eine Polymer ist bevorzugt ein organisches Polymer. Das mindestens eine Polymer ist besonders bevorzugt ein thermoplastisches Polymer oder ein thermoplastisches Elastomer. Dementsprechend ist es auch bevorzugt, dass das Kunststoffmaterial ein thermoplastisches Kunststoffmatenal ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Polymer ausgewählt aus Polyvinylchlorid (PVC), thermoplastischen Elastomeren (TPE), Polyurethan, Polyolefin, Silikon, Polylactid, Polyamid, Polyhydroxybuttersäure, Polyester oder einer Kombination davon. Beispiele für geeignete thermoplastische Elastomere sind thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis (TPU), thermoplastische Copolyesterelastomere (TPE), thermoplastische Styrol- Blockcopolymere (TPS) und thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (TPO), z.B. Polypropylen/ Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (PP/EPDM).
Das mindestens eine Polymer ist besonders bevorzugt PVC, insbesondere Weich- PVC. Das Kunststoffmatenal ist somit besonders bevorzugt ein PVC-Artikel, insbesondere eine PVC-Schicht bzw. ein PVC-Film, insbesondere aus Weich- PVC. Der Weichmacher in der Mischung erlaubt die schnelle Verteilung der Kaffeeöle in der Masse. Dadurch ergibt sich eine schnellere Migration der Farbstoffe in die Polymerphase. Weitere bevorzugte Polymere sind TPU- und TPE-Polymere welche ein deutliches Expressionsverhalten gegenüber den Kaffeeölen aufweisen. Das Expressionsverhalten bedeutet hier eine Migration dieser Öle an die Matenaloberfläche.
Der Anteil des mindestens eines Polymers als Matrix im Kunststoffmatenal kann in weiten Bereichen variieren, er kann z.B. im Bereich von 20 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffmatenals, liegen, z.B. für PVC, insbesondere Weich-PVC. Für TPE- und TPU-Polymere liegt der Bereich aber z.B. im Bereich von 20 Gew.-% bis 99 Gew.- %, bevorzugt im Bereich von 20 bis 50 Gew.-%.
Das erfindungsgemäße Kunststoffmatenal enthält ferner Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver. Wie bereits erläutert, enthält der Kaffeesatz insbesondere Carboxylgruppen in Form von Carboxylgruppen enthaltenden Kaffeeölen. Als Kaffeesatzpulver kann das als Abfallprodukt erhaltene Kaffeesatzpulver wie es ist eingesetzt werden. Eine vorherige Aufbereitung kann aber gegebenenfalls zweckmäßig sein, um z.B. ein einheitlicheres Ausgangsprodukt im Hinblick auf die gewünschte Teilchengröße und den gewünschten Feuchtigkeitsgrad zu erhalten. Bei Verwendung des Kaffeesatzpulvers zur Färbung des Kunststoffmaterials ist gewöhnlich zweckmäßig, Fraktionen mit enger Größenverteilung einzusetzen. Kaffeesatzpulver kann z.B. in stark unterschiedlichen Feinheiten und Körnungen vorliegen und einen unterschiedlich hohen Wassergehalt aufweisen. Die Aufbereitung zur Bereitstellung eines Kaffeesatzpulvers mit gewünschten Parametern und/oder zur Vereinheitlichung kann z.B. eine Trocknung auf den gewünschten Wassergehalt und/oder Mahl- und Siebvorgänge und gegebenenfalls Aufteilung in geeignete Größenfraktionen einschließen. Eine Vermahlung und gegebenenfalls Klassierung wird gewöhnlich nach der Trocknung durchgeführt.
Der Wassergehalt des Kaffeesatzpulvers kann z.B. im Bereich von 0 bis
20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kaffeesatzpulvers, liegen. Ein zu hoher Wassergehalt kann bei der Herstellung des Kunststoffmatenals stören. Andererseits ist ein gewisser Anteil an Wasser im Kaffeesatz bevorzugt, da er die Lösung der Ionen der Metallverbindung unterstützen kann, was wiederum die Komplexbildung zwischen den Carboxylgruppen im Kaffeesatz und den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen fördert. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, wenn der Wassergehalt des Kaffeesatzpulvers im Bereich von 0,5 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kaffeesatzpulvers, liegt.
Die Teilchengröße des Kaffeesatzpulvers kann z.B. in einem Bereich von 0,1 bis 2000 pm, bevorzugt 0,5 bis 600 pm, liegen. Bei Bedarf kann das Kaffeesatzpulver auch auf eine Teilchengröße im Bereich von 0,1 und 100 pm pulverisiert werden.
Die Teilchengröße bezieht sich dabei auf die mittlere Teilchengröße (dso-Wert), bezogen auf den volumetrischen Durchmesser oder auf den numerischen Durchmesser und kann z.B. durch Lichtstreuung oder Laserbeugung bestimmt werden. Monomodale und multimodale Partikelgrößenverteilungen sind möglich.
Der Anteil des Kaffeesatzpulvers im Kunststoffmaterial kann z.B. von der verwendeten Polymermatrix, dem Auftragsverfahren und dem Verwendungszweck abhängen. Der Gehalt an Kaffeesatzpulver, bezogen auf das Trockengewicht des Kaffeesatzes, kann z.B. im Bereich von 0,01 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffmaterials, liegen. Sofern das Kunststoffmatenal mit einem Streichverfahren, wie z.B. mit einer Rakel oder mit einem Rollcoater, aufgetragen wird, kann der Gehalt an Kaffeesatzpulver, bezogen auf das Trockengewicht des Kaffeesatzes, z.B. im Bereich von 0,01 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 12 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffmatenals, liegen. Sofern das Kunststoffmatenal mittels Extrusion oder Kalander aufgebracht wird, kann der Gehalt an Kaffeesatzpulver, bezogen auf das Trockengewicht des Kaffeesatzes, z.B. im Bereich von 0,1 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffmaterials, liegen.
Das Kaffeesatzpulver kann als solches zur Kunststoffzusammensetzung für die Herstellung des Kunststoffmaterials gegeben werden. Es kann auch in Form einer Vormischung zugesetzt werden. Einzelheiten werden nachstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kunststoffmatenal enthält ferner mindestens eine Metallverbindung, die ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthält, wobei ein zweiwertiges Metallkation bevorzugt ist. Die zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung ist bevorzugt ein Metallsalz, bevorzugt ein anorganisches Metallsalz, wobei hier auch die Metallhydroxide zu den Salzen gerechnet werden. Das Metallsalz ist bevorzugt ein alkalisches Metallsalz, insbesondere ein alkalisches anorganisches Metallsalz. Es kann eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung oder eine Kombination von zwei oder mehr solcher Metallverbindungen eingesetzt werden. In der Regel ist aber der Einsatz einer solchen Metallverbindung zweckmäßig.
Das zweiwertige Metallkation der mindestens einen Metallverbindung ist z.B. ausgewählt aus Ca2+, Mg2+, Fe2+, Ba2+, Zn2+ oder einer Kombination davon, wobei Ca2+, Ba2+, Mg2+, Zn2+ oder einer Kombination davon bevorzugter sind. Besonders bevorzugt ist Ca2+ und/oder Mg2+, insbesondere Ca2+. Das dreiwertige Metallkation der mindestens einen Metallverbindung ist z.B. Fe3+ oder Al3+. Das Gegenion zu dem zweiwertigen oder dreiwertigen Kation, bevorzugt zweiwertigen Kation, in der Metallverbindung bzw. dem Metallsalz ist bevorzugt ausgewählt aus Carbonat, Hydroxid, Halogenid, wie Chlorid, Bromid oder lodid, Nitrat, Nitrit, Perchlorat, Chlorat, Oxid und Sulfat oder einer Kombination davon. Diese Gegenionen weisen eine hohe Affinität zu den Kaffeeölen auf.
Die mindestens eine zweiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung ist bevorzugt ausgewählt aus Calciumcarbonat, Calciumhydroxid, Magnesiumsulfat, Bariumchlorid, wobei Calciumcarbonat und Calciumhydroxid besonders bevorzugt ist. Ein Beispiel für eine mindestens ein dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung ist eine Aluminiumseife oder Aluminiumhydroxid. Insbesondere der niedrige pH-Wert von Kaffeeröstprodukten und Kaffeeölen und Kaffeeölsäuren erlauben eine bessere Bindung zu alkalischen Metallsalzen, wie z.B.
Calciumcarbonat.
Die mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung wird nicht als Füllstoffanteil, sondern als funktionaler Anteil zur Anbindung der Kaffeeöle oder Ölsäuren wie auch Röstprodukte eingesetzt. Die kann sowohl abhängig sein vom Anteil der Kaffeesatzmenge, dem Röstgrad und der Kaffeesorte als auch von der Zugänglichkeit der migrationssensitiven Substanzen in die Matrix, bestimmt durch den Feinheitsgrad der Partikel.
Die Metallverbindung kann in dem Kunststoffmaterial zumindest teilweise in dissoziierter Form vorliegen. Wie bereits ausgeführt, bilden die Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers bzw. des darin enthaltenen Kaffeeöls mit den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung eine Komplexverbindung, wobei sich die Carboxylgruppen an die Metallkationen koordinieren. Die sich bildenden Komplexe können Chelat-Verbindungen sein.
Es hat sich gezeigt, dass einwertige Metallionen demgegenüber keine besondere Affinität zu Kaffeeölen aufweisen. Dreiwertige Ionen wie Aluminium-basierte Verbindungen weisen ebenfalls nur eine geringe Affinität auf. Beispielsweise zeigte Aluminiumhydroxid eine deutlich geringere Affinität im Vergleich zu Systemen auf Basis von Calcium. Der Mengenanteil an Carboxylgruppen enthaltendem Kaffeesatzpulver und der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung in dem Kunststoffmatenal ist so, dass das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis 1 :20 liegt. Das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen, bevorzugt zweiwertigen, Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung liegt bevorzugt im Bereich von 1 :0,5 bis 1 :10, bevorzugter 1 :0,7 bis 1 :5, besonders bevorzugt 1 :0,7 bis 1:4.
Ein zweiwertiges Metallkation kann an zwei Carboxylgruppen koordinieren. Das molare Verhältnis von Carboxylgruppen zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen beträgt daher bevorzugt mindestens 1 :0,5, um eine weitgehende Komplexierung der Carboxylgruppen zu erreichen. Um eine sichere möglichst vollständige Komplexierung der Carboxylgruppen zu erreichen, ist es bevorzugter, einen Überschuss an zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen bereitzustellen. Ein zu hoher Überschuss an zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen ist andererseits nicht zweckmäßig, da dadurch keine weitere Verbesserung hinsichtlich des Komplexierungsgrades erreicht werden kann.
Das Kunststoffmaterial kann ferner ein oder mehrere weitere Additive enthalten, die auf dem Gebiet üblich sind. Beispiele für geeignete weitere Additive sind Farbstoffe, Pigmente, Mattierungsmittel, Quantumdots, Weichmacher, Füllstoffe, Verlaufshilfsmittel, Entschäumer, Gleitmittel, Rheologiehilfsmittel, Verdicker, Vernetzer, Lichtschutzmittel, Oberflächenmodifikatoren, Stabilisatoren, Verstärkungsmittel, wie z.B. Fasern, Flammschutzmittel, Treibmittel, chemisch wie auch physikalisch, grenzflächenaktive Substanzen und/oder Biozide. Der Fachmann kann geeignete weitere Additive je nach Einsatzzweck auswählen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Kunststoffmaterial mindestens einen Weichmacher enthalten. Beispiele für geeignete Weichmacher sind nachstehend bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens genannt. Das Kunststoffmaterial kann jeder beliebige Kunststoffkörper sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kunststoffmaterial eine Kunststoffschicht, insbesondere eine filmähnliche Kunststoffschicht (Kunststofffilm), welche z.B. zum Auftrag auf ein Substrat gestrichen, kalandriert, gegossen oder extrudiert und dann gegebenenfalls vernetzt und/oder geliert werden kann. Im Folgenden werden die Ausdrücke Kunststoffschicht und Kunststofffilm miteinander austauschbar verwendet. Die Kunststoffschicht kann als Monoschicht, z.B. als Folie oder Bahn, verwendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kunststoffschicht Bestandteil eines mehrschichtigen Verbundmaterials, in der sie mit weiteren Schichten kombiniert ist. Das mehrschichtige Verbundmaterial kann eine oder mehrere erfindungsgemäße Kunststoffschichten enthalten.
Das Kunststoffmaterial, insbesondere die Kunststoffschicht, kann gefärbt, transluzent oder transparent sein. Bei einem transluzenten oder transparenten Kunststoffmaterial ist der Anteil an Kaffeesatzpulver darin relativ niedrig. Das Kunststoffmaterial, insbesondere die Kunststoffschicht, kann ein kompaktes oder geschäumtes Kunststoffmaterial sein, wobei kompakte bzw. nicht geschäumte Materialien in der Regel bevorzugt sind.
Für ein mehrschichtiges Verbundmaterial kann die erfindungsgemäße Kunststoffschicht in Form eines Kunststofffilms oder einer Kunststofffolie mit weiteren Schichten des Verbundmaterials laminiert werden, z.B. durch Verkleben oder durch sequenzielles Aufstreichen, Trocknen, Gelieren, Vernetzen und erneutes Aufstreichen. Die erfindungsgemäße Kunststoffschicht kann auch während der Herstellung des mehrschichtigen Verbundmaterials gebildet werden, in dem eine entsprechende Kunststoffzusammensetzung durch ein Beschichtungsverfahren auf ein Substrat, das in der Regel Teil des Verbundmaterials ist, aufgebracht und gegebenenfalls gehärtet wird, um die Kunststoffschicht zu bilden.
Das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial, insbesondere in Form einer Kunststoffschicht, z.B. als eigenständige Schicht oder als mehrschichtiges Verbundmaterial, in dem mindestens eine erfindungsgemäße Kunststoffschicht enthalten ist, kann z.B. Kunstleder, ein Film, eine Folie, ein Bodenbelag oder ein Wandbelag sein, z.B. für Innen- und Außenanwendungen, Möbel sowie Anwendungen im Bereich von Fahrzeugen, insbesondere Automobile. Das Kunststoffmaterial, insbesondere die Kunststoffschicht, eignet sich insbesondere für Anwendungen im Bereich Automotive oder allgemein der Industrie, wie z.B. bei Möbelfolien, Bodenbeläge, Wandbeläge, Automobildachhimmelanwendungen, Automobilinnenraumanwendungen und/oder Sitzmaterialen Diese Anwendungen können im Bereich Interieur, Exterieur, Mobility oder Contract, wie beispielsweise Hotelketten, Kinos, Heimanwendungen, Flugzeuge, Bus und Bahn, Kreuzfahrtschiffe (nautische Anwendung) finden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Kunststoffschicht in einem Kunstleder enthalten bzw. Bestandteil eines Kunstleders. Kunstleder ist ein mehrschichtiges Verbundmaterial, dass in dieser Reihenfolge eine Deckschicht, welche meist als farbgebende Schicht eingefärbt ist, eine Zwischenschicht, die meist als geschäumte Schicht vorliegt, um die Haptik zu verbessern, eine Kaschierschicht und einen textilen Träger umfasst, wobei die Kaschierschicht zur Anbindung des textilen Trägers dient.
Gegebenenfalls kann auf der Deckschicht noch eine Lackschicht aufgebracht werden, die z.B. als Schutzschicht dient. Die Lackschicht ist häufig transparent oder transluzent. Deckschicht, Zwischenschicht, und Kaschierschicht werden oft auch als Deckstrich, Zwischenstrich bzw. Kaschierstrich bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Kunststoffschicht wird in dem Kunstleder als Deckschicht eingesetzt, wobei die Kunststoffschicht bevorzugt eine Weich-PVC-Schicht ist, d.h. das mindestens eine Polymer als Matrix umfasst bzw. ist Weich-PVC. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Kunststoffschicht als Deckschicht in einem Kunstleder kann das Kaffeesatzpulver insbesondere zur Färbung der Deckschicht dienen. Die Deckschicht kann zusätzlich zum Kaffeesatzpulver weitere Farbstoffe und/oder Pigmente enthalten.
Das als Kunstleder eingesetzte mehrschichtige Verbundmaterial wird gewöhnlich durch ein herkömmliches narbgebendes Verfahren mit einer Ledernarbung, Textilnarbung oder einer technischen Oberfläche versehen. Ein Vorteil des mit der erfindungsgemäßen Kunststoffschicht als Deckschicht versehenen Kunstleders ist beispielsweise, dass mit dem enthaltenen Kaffeesatz eine weitgehend natürliche wirkende Lederoptik erzielt werden kann.
Die Erfindung betrifft somit auch ein mehrschichtiges Verbundmaterial, das mindestens eine erfindungsgemäße Kunststoffschicht umfasst, wobei das mehrschichtige Verbundmaterial bevorzugt ein Kunstleder ist.
Das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial ist bevorzugt gemäß dem nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials wie vorstehend beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst a) Bilden einer Kunststoffzusammensetzung durch Mischen ihrer Bestandteile, die mindestens ein Polymer als Matrixbildner, Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung umfassen, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis
1 :20, bevorzugt 1 :0,5 bis 1 : 10, liegt, b) Aufbringen der gebildeten Kunststoffzusammensetzung auf ein Substrat oder Formen der gebildeten Kunststoffzusammensetzung und c) gegebenenfalls Härten der aufgebrachten oder geformten Kunststoffzusammensetzung unter Bildung des Kunststoffmaterials.
Alternativ kann das Verfahren folgende Schritte umfassen:
A) Ansetzen und Mischen der Masse (wie oben unter a))
B) (Vor-)Batcherstellung aus Polymer, Additiven und Zuschlagstoffen und Kaffeesatzmaterial
C) Filmerstellung mittels Kalander oder Extruder D) Vernetzung mittels internem oder externem, physikalischem oder chemischen System (chemische Vernetzer wie Isocyanate oder physikalische Vernetzung wie Elektronenstrahlvernetzung)
Alle vorstehenden Angaben zu dem erfindungsgemäßen Kunststoffmatenal, wie die Beispielen und bevorzugte Ausführungsformen, gelten selbstredend entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere hinsichtlich des mindestens einen Polymers, des Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulvers, der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung, des molaren Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung, der optionalen zusätzlichen Additive und der Ausbildung des Kunststoffmaterials, etwa als Kunststoffschicht oder in einem mehrschichtigen Verbundsystem. Es wird daher auf diese Angaben verwiesen.
Gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Kunststoffzusammensetzung durch Mischen ihrer Bestandteile gebildet. Die Bestandteile der Kunststoffzusammensetzung umfassen das mindestens eine Polymer als Matrixbildner, das Carboxylgruppen enthaltende Kaffeesatzpulver und die mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung. Die Kunststoffzusammensetzung kann ferner als weitere Bestandteile ein oder mehrere weitere Additive enthalten. Die Kunststoffzusammensetzung kann gegebenenfalls auch eine oder mehrere Lösungsmittel, z.B. Wasser und/oder ein organisches Lösungsmittel, enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kunststoffzusammensetzung mindestens einen Weichmacher enthalten.
Der Weichmacher kann je nach eingesetztem Polymer in der Kunststoffzusammensetzung und Einsatzzweck variieren. Entsprechende Weichmacher sind im Handel erhältlich und dem Fachmann bekannt. Beispiele für geeignete Weichmacher sind Phthalsäureester, Ester aliphatischer Dicarbonsäuren, epoxydierte Öle, z.B. epoxidiertes Sojabohnenöl, Citronensäurester, Trimellitate, Polyester, Phosphorsäureester, Fettsäureester und Terephthalsäureester.
Die Bestandteile der Kunststoffzusammensetzung können in fachüblichen Mischvorrichtungen gemischt werden. Die Mischung kann bei Umgebungstemperatur erfolgen. Es kann aber gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Mischvorrichtung und/oder einzelne Bestandteile der Kunststoffzusammensetzung vorzuwärmen, um den Mischvorgang zu unterstützen. Die Reihenfolge der Zugabe der Bestandteile ist beliebig. Bei Einsatz von Weichmachern ist es häufig zweckmäßig, den Weichmacher in der Mischvorrichtung vorzulegen und dann die anderen Bestandteile zuzumischen.
Das Kaffeesatzpulver kann als solches oder in Form einer Vormischung zu der herzustellenden Kunststoffzusammensetzung zugegeben werden. Der Einsatz als Vormischung kann vorteilhaft sein, um das Kaffeesatzpulver zu schützen bzw. die Lagerfähigkeit zu verbessern, um eine bessere Vermischung in der Kunststoffzusammensetzung zu erreichen und/oder um eine geeignete Dosierungsform zu erhalten.
Zur Bildung einer Vormischung kann das Kaffeesatzpulver z.B. mit einem Weichmacher und gegebenenfalls einem Lösungsmittel vorgemischt werden. Je nach Anteil an Weichmacher können nach Bedarf "feuchte", pastenförmige oder fließfähige bzw. pumpfähige Vormischungen gebildet werden. Beispiele für geeignete Weichmacher und Lösungsmittel sind vorstehend genannt. Dabei verhindert der Weichmacher die Degradation des Kaffeesatzes durch Pilz- und Bakterienbefall sowie andere mikrobielle Zersetzungsvorgänge.
Alternativ kann zur Bildung einer Vormischung das Kaffeesatzpulver z.B. mit einem Polymer vermischt werden, wobei bevorzugt Pellets oder ein Granulat erhalten wird, bei dem das Kaffeesatzpulver in der Polymermatrix enthalten ist. Beispiele für geeignete Polymere sind die vorstehend als Matrixbildner für das Kunststoffmaterial genannten Polymere. Das Polymer kann dem mindestens einen Polymer für das Kunststoffmaterial entsprechen oder davon verschieden sein. Bevorzugt sind thermoplastische Polymere oder thermoplastische Elastomere, z.B. TPU.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Carboxylgruppen enthaltende Kaffeesatzpulver und die mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung vor Zugabe zur Kunststoffzusammensetzung miteinander vermischt, gegebenenfalls unter weiterer Zugabe eines Weichmachers und/oder weiterer Bestandteile, um eine Kaffeesatz-Vormischung zu bilden. Die so erhaltene Kaffeesatz-Vormischung kann anschließend mit den anderen Bestandteilen der Kunststoffzusammensetzung zur Bildung der Kunststoffzusammensetzung gemischt werden.
Die Kaffeesatz-Vormischung wird nachstehend im Einzelnen erläutert. Ein besonderer Vorteil der Verwendung einer solchen Kaffeesatz-Vormischung besteht darin, dass durch eine Vormischung der beiden Komponenten und anschließender gemeinsamer Zugabe statt separater Zugabe der beiden Komponenten zur Kunststoffzusammensetzung eine innigere Mischung von Carboxylgruppen enthaltendem Kaffeesatzpulver und der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung erhalten wird, wodurch die Komplexierung von Carboxylgruppen an die zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen vereinfacht und ein erhöhter Komplexierungsgrad erreicht werden kann.
Gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gebildete Kunststoffzusammensetzung auf ein Substrat aufgebracht oder durch ein Formverfahren in die gewünschte Form gebracht.
Das Aufbringen oder Formen der Kunststoffzusammensetzung kann nach gängigen Verfahren durchgeführt werden, z.B. durch Kalandrieren, Streichen, Sprühen, Drucken, Gießen oder Extrudieren. Beispielsweise kann die Kunststoffzusammensetzung durch Kalandrieren mit einem Kalander zu einer Kunststoffschicht in Form einer Kunststofffolie geformt werden oder es kann durch Anwendung eines Transfer-Coating-Verfahrens ein Kunststofffilm erzeugt werden. Die aufgebrachte oder geformte Kunststoffzusammensetzung kann bereits eine genügende Festigkeit besitzen, um das Kunststoffmatenal zu bilden. In einem optionalen Schritt c) kann gegebenenfalls noch eine Härtung der aufgebrachten oder geformten Kunststoffzusammensetzung erfolgen, um das fertige Kunststoffmaterial zu bilden. Eine solche Härtung kann während des Aufbringens oder der Formgebung der Kunststoffzusammensetzung oder danach oder teilweise während des Aufbringens oder der Formgebung und teilweise danach erfolgen.
Eine solche Härtung kann eine bloße Verfestigung durch Trocknen und/oder Abkühlen darstellen. Eine Trocknung kann z.B. durch Erwärmen der Kunststoffzusammensetzung gefördert werden. Möglich ist auch eine Härtung durch Vernetzungsreaktionen in der Kunststoffzusammensetzung, wofür in der Regel ein geeigneter Vernetzer in der Kunststoffzusammensetzung enthalten ist. Diese Verfestigungs- bzw. Härtungsverfahren sind üblich und dem Fachmann bekannt.
Sofern die erfindungsgemäße Kunststoffschicht die Deckschicht eines Kunstleders bildet, wird das Kunstleder in der Regel in einem nachträglichen Schritt durch ein narbgebendes Verfahren mit einer Ledernarbung versehen. Es können übliche narbgebende Verfahren verwendet werden, z.B. Stahlprägen, Vakuumprägen oder Silikonprägen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kaffeesatz-Vormischung, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, wie vorstehend beschrieben. Das erfindungsgemäß eingesetzte Kaffeesatzpulver bezieht sich auf Röstprodukte der Kaffeeverarbeitung, welche durch Kaffeeherstellung als Abfallprodukt anfallen und somit als Kaffeesatz mit Anteilen von Kaffeeölen und Kaffeeölsäuren vorliegen. Die erfindungsgemäße Kaffeesatz-Vormischung umfasst dementsprechend Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis 1 :20 liegt. Alle vorstehend gemachten Angaben zum Kaffeesatzpulver und zur mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertigen Metallkation enthaltenden Metallverbindung und dem molaren Verhältnis von Carboxylgruppen zu zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen gelten entsprechend.
Insbesondere liegt das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung in der Kaffeesatz-Vormischung bevorzugt im Bereich von 1 :0,5 bis 1 :10, bevorzugter 1 :0,7 bis 1 :5, besonders bevorzugt 1 :0,7 bis 1 :4.
Ferner ist es für die Kaffeesatz-Vormischung insbesondere bevorzugt, dass das zweiwertige oder dreiwertige Metallkation der mindestens einen Metallverbindung ausgewählt ist aus Ca2+, Mg2+, Fe2+, Ba2+, Zn2+, Fe3+, Al3+ oder einer Kombination davon, bevorzugt Ca2+, Ba2+, Mg2+, Zn2+ oder einer Kombination davon, und/oder die mindestens eine Metallverbindung als Gegenion ein Anion ausgewählt aus Carbonat, Hydroxid, Halogenid, z.B. Chlorid, Bromid oder lodid, Nitrat, Nitrit, Perchlorat, Chlorat, Oxid und Sulfat enthält, wobei die mindestens eine Metallverbindung bevorzugt Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid ist. Weitere beispielhafte Verbindungen sind Magnesiumcarbonat oder Bariumchlorid. Ein Beispiel für eine mindestens ein dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung ist eine Aluminiumseife oder Aluminiumhydroxid.
Die Kaffeesatz-Vormischung kann neben dem Kaffeesatzpulver und der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung gegebenenfalls ein oder mehr weitere Zusatzmittel enthalten, z.B. mindestens einen Weichmacher und/oder mindestens ein Polymer, bevorzugt mindestens einen Weichmacher. Solche Kaffeesatzpulver-Vormischungen mit mindestens einem Weichmacher und/oder mindestens einem Polymer entsprechen den Kaffeesatzpulver enthaltenden Vormischungen, die vorstehend beschrieben wurden, außer dass die mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung zusätzlich enthalten ist. Die Angaben dort gelten entsprechend. Insbesondere gelten auch die dort genannten Beispiele für Weichmacher und Polymere. Der Gesamtmenge an Kaffeesatzpulver (Trockengewicht) und der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung in der Kaffeesatz-Vormischung kann z.B. im Bereich von 5 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 98 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 98 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kaffeesatz-Vormischung, liegen. Die Menge kann sich je nach Anwendung, z.B. mittels Streichen oder mittels Extruder, unterscheiden. Es kann ebenfalls ein Großteil des Weichmachers über die Vormischung für das finale Produkt beigefügt werden. Diesbezüglich können die prozentualen Anteile an Kaffeesatzpulver und der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung insgesamt auch relativ gering ausfallen, z.B. 5 Gew.-%.
Sofern die Kaffeesatz-Vormischung zusätzlich mindestens einen Weichmacher enthält, kann die Gesamtmenge an Kaffeesatzpulver (Trockengewicht), der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung und des mindestens einen Weichmachers in der Kaffeesatz- Vormischung z.B. im Bereich von 80 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 90 bis 100 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kaffeesatz-Vormischung, liegen.
Die Mischung von Kaffeesatzpulver und der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung und gegebenenfalls eines oder mehrerer weiterer Zusatzmittel, wie mindestens einem Weichmacher, zur Bildung der Kaffeesatz-Vormischung kann in üblichen Mischvorrichtungen erfolgen.
Es kann zweckmäßig sein, das Kaffeesatzpulver und die mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung und gegebenenfalls weiterer Zusatzstoffe, wie Weichmacher, miteinander zu verreiben oder zu vermahlen, z.B. in einer Mörser- oder Scheibenmühle oder einem Walzstuhl, um eine möglichst innige Vermischung zu erhalten. Gegebenenfalls sind Rheologieadditive und Dispergieradditive hinzuzufügen, um eine bessere Stabilität der Paste zu erhalten. Wie bereits vorstehend ausgeführt, bilden in der erfindungsgemäßen Kaffeesatz- Vormischung die Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers mit dem oder den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung eine Komplexverbindung.
Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung der erfindungsgemäßen Kaffeesatz-Vormischung wie vorstehend beschrieben als Additiv für ein Kunststoffmaterial. Die Kaffeesatz-Vormischung eignet sich insbesondere als farbgebendes Mittel, Prozesshilfsmittel, Stabilisator und/oder Füllstoff für ein Kunststoffmaterial. Die Kaffeesatz-Vormischung kann sich auch als Bakterizid für ein Kunststoffmatenal eignen, insbesondere wenn die mindestens eine zweiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung eine Zinkverbindung ist.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Metallverbindung, die ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthält, in einem Kunststoffmaterial, umfassend mindestens ein Polymer als Matrix und Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver, zur Vermeidung der Anschmutzung des Kunststoffmaterials bzw. der Matenaloberfläche durch Migration von Komponenten des Kaffeesatzpulvers, z.B. Kaffeeölen oder Röstprodukten, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis 1 :20 eingestellt wird.
Alle vorstehenden Angaben zu dem Kunststoffmaterial, insbesondere hinsichtlich des mindestens einen Polymers, des Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulvers, der mindestens einen zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltenden Metallverbindung, des molaren Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung sowie möglicher Additive gelten für die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend, so dass darauf verwiesen wird.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen weiter erläutert. Beispiele
Beispiel 1
Die Zusammensetzung von Kaffeesatzpulver hinsichtlich Anteil an Kaffeeöl und Zusammensetzung des Kaffeeöls ist innerhalb eines gewissen Schwankungsbereichs recht ähnlich und bekannt. Die Zusammensetzung kann durch übliche Verfahren bestimmt werden. Der Anteil des Kaffeeöls kann z.B. über dessen Extraktion aus dem Kaffeesatz bestimmt werden. Geeignete Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung des Kaffeeöls sind z.B. die Durchführung einer Head Space Gaschromatographie. Der Anteil von Kaffeeöl der gerösteten Kaffeebohnen kann z.B. zwischen 10-30 Gew.-% liegen.
Der molare Anteil an Carboxylgruppen im Kaffeesatz ergibt sich insbesondere aus der Menge und Zusammensetzung des darin enthaltenen Kaffeeöls. Die Zusammensetzung des Kaffeeöls kann z.B. gemäß folgender Tabelle sein. mittleres Molgewicht (Kaffeeöl) 275 Das Molgewicht von Calciumcarbonat beträgt 100 g/mol. Bei einem mittleren
Molgewicht des Kaffeeöls von 275 g/mol benötigt man für ein stöchiometrisches Verhältnis von Kaffeeöl zu Calciumcarbonat (molares Verhältnis von Carboxylgruppen zu Ca2+ = 1 :0,5) gemäß folgender Formel: (100/2)/275 (in Prozent) 18,2% Calciumcarbonat pro 100% Kaffeeöl.
Beispielsweise können 100 g Kaffeesatz (trocken) ca. 15 g Kaffeeöl enthalten. Um dieses Kaffeeöl zu komplexieren benötigt man ca. 2,73 g Calciumcarbonat (stöchiometrisches Verhältnis). Um eine sichere Komplexierung zu erhalten, wird ein dreifacher Anteil von Calciumcarbonat verwendet. Final würde man zu 100 g Kaffeesatz ca. 8,2 g Calciumcarbonat zugeben.
Die Menge an Kaffeeöl in einem Kaffeesatz kann von den Prozessen und Verfahren der Kaffeeherstellung, z.B. Röstung, variieren. Ferner hat die Brühtemperatur und der Druck der Kaffeeextraktion währen der Kaffeeherstellung, z.B. 60-80 °C oder Siebdruck oder Cold brew-Verfahren, deutlichen Einfluss auf den Kaffeeölanteil im Kaffeesatz.
Beispiel 2
Zur Herstellung einer Kaffeesatz-Vormischung gemäß Variante 1 und Variante 2 wird Kaffeesatzpulver mit Calciumcarbonat und weiteren Additiven gemäß den Mengenangaben in folgender Tabelle vermischt. Der gewünschte Anteil von Calciumcarbonat kann durch den Anteil an Kaffeeöl im Kaffeesatzpulver und der Zusammensetzung des Kaffeebohnenöls errechnet werden (vgl. Beispiel 1 ).
Kaffeesatz-Vorm ischungen Mit den Kaffeesatz-Vormischungen können Kunststoffformulierungen gemäß Variante 1 und Variante 2 aus Weich-PVC gemäß der folgenden Tabelle hergestellt werden.
In einem Produkt mit Kaffeesatz ohne die Zugabe von Calciumcarbonat wurde eine verstärkte Migration von Kaffeeölen über einen Zeitraum von mindestens 3 Wochen festgestellt. Durch die Zugabe von Calcium ionen in Form von Calciumcarbonat wurde diese Migration deutlich verringert. Es konnte keine Migration an die Oberfläche in dieser Zeit festgestellt werden.

Claims

22 Patentansprüche
1. Kunststoffmaterial, umfassend mindestens ein Polymer als Matrix, Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis 1 :20 liegt.
2. Kunststoffmatenal nach Anspruch 1 , wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,5 bis 1 :10, bevorzugt 1 :0,7 bis 1 :5, besonders bevorzugt 1 :0,7 bis 1 :4, liegt.
3. Kunststoffmatenal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweiwertige oder dreiwertige Metallkation der mindestens einen Metallverbindung ausgewählt ist aus Ca2+, Mg2+, Fe2+, Ba2+, Zn2+, Fe3+, Al3+ oder einer Kombination davon, bevorzugt Ca2+, Mg2+, Ba2+, Zn2+ oder einer Kombination davon, und/oder die mindestens eine Metallverbindung als Gegenion ein Anion ausgewählt aus Carbonat, Hydroxid, Halogenid, Nitrat, Nitrit, Perchlorat, Chlorat, Oxid und Sulfat enthält, wobei die mindestens eine Metallverbindung bevorzugt Calciumcarbonat, Calciumhydroxid, Magnesiumcarbonat oder Bariumchlorid ist, wobei Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid besonders bevorzugt ist.
4. Kunststoffmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Polymer ausgewählt ist aus Polyvinylchlorid (PVC), thermoplastischen Elastomeren (TPE), Polyurethan, Polyolefin, Silikon, Polylactid, Polyamid, Polyhydroxybuttersäure, Polyester oder einer Kombination davon, wobei PVC, insbesondere Weich-PVC, TPE oder TPU besonders bevorzugt ist.
5. Kunststoffmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Kaffeesatzpulver, bezogen auf das Trockengewicht, im Bereich von 0,1 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugter 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffmatenals, liegt.
6. Kunststoffmatenal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers mit dem oder den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung eine Komplexverbindung bilden.
7. Kunststoffmatenal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffmaterial eine Kunststoffschicht ist, wobei die Kunststoffschicht bevorzugt in einem mehrschichtigen Verbundmaterial, bevorzugt Kunstleder, enthalten ist.
8. Kunststoffmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei keine Anschmutzung des Kunststoffmaterials durch Migration von Komponenten des Kaffeesatzpulvers erfolgt.
9. Kunststoffmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11.
10. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die folgenden Schritte a) Bilden einer Kunststoffzusammensetzung durch Mischen ihrer Bestandteile, die mindestens ein Polymer als Matrixbildner, Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung umfassen, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis
1 :20, bevorzugt 1 :0,5 bis 1 : 10, liegt, b) Aufbringen der gebildeten Kunststoffzusammensetzung auf ein Substrat oder Formen der gebildeten Kunststoffzusammensetzung und c) gegebenenfalls Härten der aufgebrachten oder geformten
Kunststoffzusammensetzung unter Bildung des Kunststoffmaterials.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Carboxylgruppen enthaltende Kaffeesatzpulver und die mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung vor Zugabe zur Kunststoffzusammensetzung miteinander vermischt werden, gegebenenfalls unter Zugabe eines oder mehrerer Zusatzmittel, insbesondere mindestens eines Weichmachers, um eine Kaffeesatz-Vormischung zu bilden, die anschließend mit den anderen Bestandteilen der Kunststoffzusammensetzung gemischt wird.
12. Kaffeesatz-Vormischung, umfassend Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver und mindestens eine zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthaltende Metallverbindung, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis 1 :20 liegt.
13. Kaffeesatz-Vormischung nach Anspruch 12, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,5 bis 1 :10, bevorzugt 1 :0,7 bis 1 :5, besonders bevorzugt 1 :0,7 bis 1 :4, liegt.
14. Kaffeesatz-Vormischung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei das zweiwertige oder dreiwertige Metallkation der mindestens einen Metallverbindung ausgewählt ist aus Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Ba2+, Zn2+, Al3+ oder einer Kombination davon, bevorzugt Ca2+, Ba2+, Mg2+, Zn2+ oder einer Kombination davon, und/oder die mindestens eine Metallverbindung als Gegenion ein Anion ausgewählt aus Carbonat, Hydroxid, Halogenid, Nitrat, Nitrit, Perchlorat, Chlorat, Oxid und Sulfat enthält, wobei die mindestens eine Metallverbindung bevorzugt Calciumcarbonat, Calciumhydroxid, Magnesiumcarbonat oder Bariumchlorid ist, wobei Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid besonders bevorzugt sind. 25
15. Kaffeesatz-Vormischung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers mit dem oder den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung eine Komplexverbindung bilden.
16. Verwendung einer Kaffeesatz-Vormischung nach einem der Ansprüche 12 bis 15 als Additiv für ein Kunststoffmaterial, insbesondere als farbgebendes Mittel, Prozesshilfsmittel, Stabilisator, Bakterizid und/oder Füllstoff für ein Kunststoffmaterial.
17. Mehrschichtiges Verbundmaterial, umfassend mindestens eine Kunststoffschicht nach Anspruch 9, wobei das mehrschichtige Verbundmaterial bevorzugt Kunstleder ist.
18. Verwendung einer Metallverbindung, die ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallkation enthält, in einem Kunststoffmaterial, umfassend mindestens ein Polymer als Matrix und Carboxylgruppen enthaltendes Kaffeesatzpulver, zur Vermeidung der Anschmutzung des Kunststoffmaterials durch Migration von Komponenten des Kaffeesatzpulvers, wobei das molare Verhältnis von Carboxylgruppen des Kaffeesatzpulvers zu den zweiwertigen oder dreiwertigen Metallkationen der mindestens einen Metallverbindung im Bereich von 1 :0,1 bis 1 :20 eingestellt wird.
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