NL1006548C2 - Biodegradeerbare folie. - Google Patents

Description

Titel: Biodegradeerbare folie

De uitvinding heeft betrekking op een folie omvattende een basisfolie waarop een bekledingslaag is aangebracht.

De laatste decennia staat de problematiek van 5 afvalstromen van zowel de industrie, als van particuliere huishoudens erg in de belangstelling. Vooral bij de laatste groep bestaat het geproduceerde afval voor een groot deel uit verpakkingsmaterialen die hun doel hebben gehad en vervolgens worden weggegooid. Deze materialen leveren een 10 aanzienlijke belasting voor het milieu op.

Om deze afvalstroom te beperken zijn reeds verschillende oplossingen aangedragen. Voorbeelden hiervan liggen onder meer op het terrein van afvalpreventie en hergebruik. Naast deze twee gebieden heeft ook de 15 speurtocht naar alternatieve materialen veel aandacht gekregen als mogelijke oplossing voor de afvalproblematiek. Zowel binnen onderzoeksinstituten en universiteiten als binnen het bedrijfsleven wordt aanzienlijk geïnvesteerd in onderzoeken op dit vlak.

20 Uit dergelijke onderzoeken zijn verschillende nieuwe materialen voortgekomen, die een geringere belasting voor het milieu betekenen, wanneer ze daar uiteindelijk in terecht komen. Deze materialen hebben de eigenschap dat ze binnen een relatief korte tijd afgebroken worden tot 25 stoffen die bij voorkeur oplosbaar in water en niet toxisch zijn. De afbraak kan plaatsvinden door onder meer hydrolytische splitsing, onder de invloed van licht, lucht, water en/of micro-organismen die in de natuur voorkomen. Vanwege deze eigenschap worden de materialen aangeduid met 30 de term biodegradeerbare materialen.

Voorbeelden van biodegradeerbare materialen, die voldoende gunstige eigenschappen bezitten om te kunnen worden toegepast als verpakkingsmateriaal, zijn polymere materialen, gebaseerd op bijvoorbeeld zetmeel of melkzuur.

10 0 6 5 4 8 2

Een aantal van de materialen gebaseerd op één van deze twee stoffen is zelfs eetbaar voor de mens. Zo zijn er bakjes gemaakt van plastic op basis van zetmeel voor bijvoorbeeld snacks, die na consumptie van de verpakte snack opgegeten 5 kunnen worden. Tevens worden er vuilniszakken in de handel gebracht die zijn gemaakt van biodegradeerbaar materiaal.

De belangrijkste eigenschap, afgezien van de biodegradeerbaarheid, van deze materialen voor de genoemde toepassingen is de vloeistofdichtheid. Voor zowel 10 vuilniszakken als bakjes voor snacks is voornamelijk van belang voor de consument dat vloeistoffen die zich binnen de verpakking bevinden daar ook blijven. Voor het verpakken van andere materialen kunnen andere eigenschappen een belangrijke rol gaan spelen. Bij het verpakken van diverse 15 waren dienen zuurstof en waterdamp (vocht) buitengesloten te worden, vanwege de gevoeligheid van die waren daarvoor. Hierbij valt te denken aan koffie, noten, tabak en dergelijke.

Thans wordt een product zoals koffie bijvoorbeeld 20 vacuüm verpakt in een folie van gemetalliseerd PET in de handel gebracht. Deze folie is buitengewoon goed zuurstof-en waterdampdicht, zodat de verpakte koffie maandenlang houdbaar is. De huidige biodegradeerbare materialen, hoewel uitstekend water- en vloeistofdicht, kunnen gassen zoals 25 zuurstof en waterdamp niet afdoende buiten houden om een dergelijk product lang genoeg houdbaar te houden wanneer het daarin is verpakt.

De uitvinding beoogt nu een folie te verschaffen, die toegepast kan worden voor het vervaardigen van 30 verpakkingsmateriaal voor waren die gevoelig zijn voor zuurstof en/of waterdamp, welke folie geen onaanvaardbare belasting voor het milieu oplevert wanneer ze na gebruik via de afvalverwerking in de natuur verdwijnt.

De uitvinding heeft aldus betrekking op een folie 35 omvattende een polymere, biodegradeerbare basisfolie, waarop een bekledingslaag van natuurlijk materiaal is 100 6548 3 aangebracht, welke bekledingslaag de zuurstof- en waterdampdoorlaatbaarheid van de basisfolie verlaagt.

Verrassenderwijs is gevonden dat een folie volgens de uitvinding aan de hierboven geformuleerde doelstellingen 5 voldoet. Een folie volgens de uitvinding is voldoende gemakkelijk afbreekbaar door mciro-organismen die normaal gesproken in de. natuur aanwezig zijn, om zonder onaanvaardbare gevolgen in het milieu terecht te mogen komen. Verder heeft een folie volgens de uitvinding een 10 voldoende lage zuurstof- en waterdampdoorlaatbaarheid om te kunnen dienen als grondstof voor het vervaardigen van verpakkingsmaterialen voor waren die gevoelig zijn voor zuurstof en/of waterdamp. Gebleken is dat dergelijke waren voldoende lang kunnen worden bewaard in een verpakking 15 vervaardigd van een folie volgens de uitvinding.

Geschikte materialen om te worden toegepast als basisfolie voor een folie volgens de uitvinding, omvatten alle materialen die voldoende biodegradeerbaar zijn om uiteindelijk zonder onaanvaardbare belasting voor de natuur 20 in het milieu terecht mogen komen. Bij uitstek geschikt zijn die polymere materialen, die zijn gebaseerd op zetmeel, cellulose, of polymerisatieproducten van boterzuur, isoboterzuur of één of meer cyclische esters, zoals lactide, glycolide, trimethyleencarbonaat, 8-25 valerolacton, β-propiolacton, of ε-caprolacton. Mengsels van genoemde polymere materialen zijn eveneens geschikt.

Volgens de uitvinding zijn zeer goede resultaten bereikt met een basisfolie gebaseerd op maïszetmeel en polycaprolacton, waarbij de hoeveelheid maïszetmeel van 30 30 tot 50 gew.%, gebaseerd op het gewicht van de basisfolie, bedraagt. Gevonden is, dat deze basisfolie zelf reeds gunstige zuurstof- en waterdampdoorlaatbaarheids-eigenschappen bezit, zodat met een folie die is verkregen na bekleding van deze basisfolie met een bekledingslaag van 35 natuurlijk materiaal, welke bekledingslaag de zuurstof- en 100 6548 4 waterdampdoorlaatbaarheid van de basisfolie verlaagt, zeer goede resultaten worden bereikt.

Een bekledingslaag, die volgens de uitvinding is aangebracht op een basisfolie, is van natuurlijk materiaal.

5 Hiermee wordt bedoeld dat het materiaal een natuurlijke, bij voorkeur biodegradeerbare grondstof is, die eventueel een aantal fysische behandelingen heeft ondergaan. Hierbij valt te denken aan zuiveringshandelingen. In voorkomende gevallen kan het materiaal tevens een eenvoudige chemische 10 behandeling hebben ondergaan, zoals een verestering of een hydrogenering. Bij een dergelijke chemische behandeling wordt overigens gewoonlijk een materiaal verkregen dat eveneens uit de natuur gewonnen kan worden, doch een andere beschikbaarheid heeft.

15 Natuurlijke materialen, die in aanmerking komen om te worden toegepast voor een bekledingslaag volgens de uitvinding, worden bij voorkeur gekozen uit de groep bestaande uit harsen, natuurlijke polyesters, gelatine, hydrocolloïden, vetten, geharde vetten en wassen. Deze 20 materialen zijn eenvoudig beschikbaar en verwerkbaar en bezitten de voor de uitvinding gewenste eigenschappen. Bijzonder geschikte natuurlijke materialen om te worden toegepast voor het aanbrengen van een bekledingslaag op een basisfolie ter verkrijging van een folie volgens de 25 uitvinding zijn die materialen gekozen uit de groep bestaande uit schellak (ook wel gomlak genoemd), bijenwas, carnaubawas, candelillawas, kaarsvet en geharde vetten op basis van triglyceriden.

Door de aanwezigheid van de bekledingslaag zijn de 30 zuurstof- en waterdampdoorlaatbaarheid van de basisfolie verlaagd. In de context van de uitvinding wordt de zuurstofdoorlaatbaarheid gedefinieerd als de hoeveelheid zuurstof die per 24 uur door 1 vierkante meter materiaal met een dikte van 70 μιτι permeëert bij een temperatuur van 35 23°C en een relatieve luchtvochtigheid van 50%. Het bepalen van de zuurstofdoorlaatbaarheid kan worden gemeten met een 100 6548 5

Ox-tran-apparaat. Dit apparaat is verkrijgbaar bij de firma Mocon (Minneapolis, Minnesota USA).

Onder de waterdamp-doorlaatbaarheid wordt verstaan de hoeveelheid waterdamp die per 24 uur door 1 vierkante 5 meter materiaal met een dikte van 70 pm permeëert bij een temperatuur van 23°C en een relatieve luchtvochtigheid van 70%. Een geschikte techniek voor het bepalen van de waterdampdoorlaatbaarheid is de Patra-methode, welke methode is beschreven door Ir. P. Bange in "De meting van 10 W.D.D. van verpakkingsmateriaal", in het tijdschrift "Verpakking", april 1952, bladzijden 34-344.

In een voorkeursuitvoeringsvorm heeft de uitvinding betrekking op een folie omvattende een polymere, biodegradeerbare basisfolie, waarop een bekledingslaag van 15 natuurlijk materiaal is aangebracht, welke bekledingslaag de zuurstof- en waterdampdoorlaatbaarheid van de basisfolie verlaagt waarbij de zuurstofdoorlaatbaarheid niet groter is dan 100 ml/m2 per 24 uur bij een dikte van de folie van circa 70 μιη. Gevonden is dat een folie volgens deze 20 voorkeurstuitvoeringsvorm bijzonder geschikt is voor het vervaardigen van een verpakkingsmateriaal waarin zuurstof-en/of waterdampgevoelige waren gedurende een zeer lange tijd kunnen worden bewaard. Het zal duidelijk zijn, dat de houdbaarheid van een product verpakt in een materiaal 25 vervaardigd van een folie volgens de uitvinding kan worden geoptimaliseerd door het kiezen van een geschikte dikte van de folie.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de bekledingslaag die is aangebracht op de 30 basisfolie tevens een vulstof. Geschikte vulstoffen zijn colloïdale silica en mica.

Colloïdale silica is een oplossing van bolvormige silicadeeltjes in water, welke deeltjes alle ongeveer dezelfde omvang hebben. De concentratie silica in de 35 colloïdale silica-oplossing bedraagt bij voorkeur tussen de 15 en 45 gew.%, gebaseerd op het gewicht van de colloïdale 100 6548 6 silica-oplossing. Gevonden is dat de aanwezigheid van colloïdale silica van gunstige invloed is op de doorlaatbaarheidseigenschappen van een folie.

Mica is een mineraal met een plaatvormige 5 kristalstructuur. Bij voorkeur wordt een gemalen mica met een kleine deeltjesgrootte toegepast, zoals Mica M of Silk mica. De deeltjesgrootte ligt bij voorkeur onder 50, bij bijzondere voorkeur onder 15 μπι.

Het vervaardigen van een folie volgens de uitvinding 10 vindt plaats door een polymere, biodegradeerbare basisfolie te bekleden met een laag van natuurlijk materiaal door de basisfolie in aanraking te brengen met een emulsie of een oplossing van een natuurlijk materiaal bij een temperatuur tussen 10 en 50°C, en vervolgens te drogen.

15 Het in aanraking brengen van de basisfolie met een emulsie of een oplossing van een natuurlijk materiaal kan op elke geschikte wijze, bijvoorbeeld door bestrijken, worden uitgevoerd. Voor het bestrijken zal een basisfolie worden opgespannen op een vaste ondergrond. Het bestrijken 20 zelf kan geschikt worden uitgevoerd met een verfmes, of op een andere, aan de vakman bekende wijze.

Bij voorkeur wordt het natuurlijke materiaal aangebracht in de vorm van een emulsie in water. Doorgaans zal de emulsie van 10 tot 30 gew.%, betrokken op het 25 gewicht van de emulsie, aan natuurlijk materiaal bevatten. Van belang is dat een emulsie een geschikte viscositeit heeft om gemakkelijk te kunnen worden verwerkt. Heeft de emulsie een te lage viscositeit dan vloeit ze teveel en is ze lastig te doseren. Wanneer de viscositeit van de emulsie 30 te hoog is, vloeit ze te weinig en is ze lastig uit te strijken. Gegeven een bepaald natuurlijk materiaal dat wordt gebruikt om een basisfolie te bekleden, zal de vakman in staat zijn om een geschikte viscositeit te bepalen.

Eventueel kan een emulgator worden gebruikt om een 35 stabiele emulsie te verkrijgen. Emulgatoren die geschikt zijn gebleken zijn bijvoorbeeld glycerolmono-oleaat, 1006548 7 stearinezuur, kaliumhydroxide, oleïnezuur en mengsels daarvan. De hoeveelheid emulgator betrokken op het gewicht van de emulsie zal meestal tussen 0,5 en 10, bij voorkeur tussen 1 en 5 gew.% liggen.

5 In bepaalde gevallen levert het voordelen op om het natuurlijke materiaal aan te brengen in de vorm van een oplossing. Bij voorkeur wordt een niet-waterige oplossing toegepast. Geschikte oplosmiddelen zijn, bij voorkeur laag moleculaire, alcoholen, zoals ethanol. De concentratie van 10 de oplossingen wordt veelal zo gekozen dat een oplossing van 15 tot 45 gew.%, betrokken op het gewicht van de oplossing, aan natuurlijk materiaal bevatten. Het is gebleken dat bij gebruik van een niet-waterige oplossing voor het aanbrengen van een bekledingslaag een folie wordt 15 verkregen met zeer goede eigenschappen.

Wanneer colloidale silica wordt toegepast, zal dit gewoonlijk aanwezig zijn in een hoeveelheid van 10 tot 35 gew.%, betrokken op het gewicht van de emulsie of de oplossing. Wanneer een mica wordt gebruikt, zal de 20 hoeveelheid mica die aanwezig is in de emulsie of de oplossing meestal tussen 4 en 18, bij voorkeur tussen 5 en 15 gew.%, betrokken op het gewicht van de emulsie of de oplossing, bedragen

Het in aanraking brengen van de basisfolie met het 25 natuurlijke materiaal vindt plaats bij een temperatuur tussen 10 en 50°C. Gevonden is dat bij hogere temperaturen gevaar bestaat dat de basisfolie gaat verweken, wat een verslechtering van eigenschappen tot gevolg heeft.

Tot slot wordt de basisfolie waarop het natuurlijke 30 materiaal is aangebracht gedroogd om het oplosmiddel, of de vloeistof van de emulsie, te verwijderen. Het drogen kan op iedere geschikte wijze worden uitgevoerd. Eén mogelijkheid wordt gevormd door drogen aan de lucht.

Een folie volgens de uitvinding is bijzonder 35 geschikt om te worden toegepast voor het vervaardigen van verpakkingsmaterialen voor het verpakken van stoffen die 100 6548 8 gevoelig zijn voor zuurstof en/of waterdamp, zoals noten, koffie of tabak. Dergelijke stoffen zijn voldoende lang houdbaar in verpakkingen vervaardigd van een folie volgens de uitvinding. Bovendien kunnen die verpakkingen op 5 natuurlijke wijze worden afgebroken in het milieu, wanneer ze tot afval zijn geworden. Om een voldoende stevige verpakking te verkrijgen en een gewenste houdbaarheid van de verpakte waar te garanderen, zal een folie doorgaans een dikte hebben van 10 tot 150, bij voorkeur 25 tot 100 μπι, 10 wanneer de folie dient te worden gebruikt als grondstof voor verpakkingsmateriaal.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

15

VOORBEELDEN

Als basisfolie werd een folie op basis van 40 gew.% maïszetmeel en 60 gew.% polycaprolactide, betrokken op het 20 gewicht van de basisfolie, gebruikt (verkrijgbaar bij de firma Prottera). Deze basisfolie had een dikte van circa 50 μιη. De folie werd met behulp van plakband opgespannen op een spiegelglazen plaat met een onderlegger van vouwkarton (wit, eenzijdig gestreken 230 gram per vierkante meter).

25 Vervolgens werden verschillende emulsies en oplossingen bereid voor het aanbrengen van een bekledingslaag. Hieronder zijn de samenstellingen van de emulsies en oplossingen weergegeven in gew.% betrokken op de totale samenstellingen.

30

Voorbeeld 1

Prifat nr. 9833* 21.6%

Glycerolmono-oleaat 2.2%

Oleïnezuur 4.3% 35 Kaliumhydroxide 0.9%

Water 71.1% 1006548 5 9

Voorbeeld 2

Schellak** 43%

Ethanol 57%

Voorbeeld 3

Schellak 30%

Ethanol 40%

Silica*** 30% 10 Vóórheel d 4

Schellak 38%

Ethanol 50%

Mica M 12% 15

Prifat nr. 9833 is een dierlijk vet, verkrijgbaar bij de firma Uni Mills te Zwijndrecht en heeft een smeltpunt van 57-61°C.

Als schellak werd 'Refined Bleached Shellac' 20 gebruikt, hetgeen verkrijgbaar is bij de firma Mantrose.

Als silica is hier een colloïdale silica-oplossing gebruikt, met een concentratie silica van 30 gew.%, betrokken op het gewicht van de silica-oplossing.

25 Door telkens een deel van de opgespannen basisfolie met een verfmes, ingesteld op het aanbrengen van een laag met een dikte van 50 μπι, gevuld met de verschillende emulsies en oplossingen te bestrijken, werden de verschillende bekledingslagen aangebracht. De temperatuur 30 was hierbij 35°C.

De aldus verkregen folies werden aan de lucht gedroogd en onderzocht op hun zuurstof- en waterdamp-doorlaatbaarheid met respectievelijk de Ox-tran- en Patra-methoden. De resultaten zijn weergegeven in de onderstaande 35 tabel I.

1006548 10 _Tabel I_

Bekledingslaag Waterdampdoorlaat- Zuurstofdoorlaat- baarheid (ml/m2 per baarheid (ml/m2 per _ 24 uur)_24 uur)_ geen 123 504

Voorbeeld 1 22 159

Voorbeeld 2 8 118

Voorbeeld 3 18 67

Voorbeeld 4_8_27_ tOO 6548

Claims (13)

1. Folie omvattende een polymere, biodegradeerbare basisfolie, waarop een bekledingslaag van natuurlijk materiaal is aangebracht, welke bekledingslaag de zuurstof- en waterdampdoorlaatbaarheid van de basisfolie 5 verlaagt.

2. Folie volgens conclusie 1, waarbij de zuurstofdoorlaatbaarheid niet groter is dan 100 ml/m2 per 24 uur bij een dikte van de folie van circa 70 μπι.

3. Folie volgens één van de voorgaande conclusies, 10 waarbij de basisfolie is gebaseerd op zetmeel, cellulose, of een polymerisatieproduct van boterzuur, isoboterzuur of één of meer cyclische esters, of een mengsel daarvan.

4. Folie volgens conclusie 3, waarbij de basisfolie is gebaseerd op maïszetmeel en polycaprolacton, waarbij de 15 hoeveelheid maïszetmeel van 30 tot 50 gew.%, gebaseerd op het gewicht van de basisfolie, bedraagt.

5. Folie volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het natuurlijk materiaal is gekozen uit de groep bestaande uit harsen, natuurlijke polyesters, gelatine, 20 hydrocolloïden, vetten, geharde vetten en wassen.

6. Folie volgens conclusie 5, waarbij het natuurlijk materiaal is gekozen uit de groep bestaande uit schellak, bijenwas, carnaubawas, candelillawas en geharde vetten op basis van triglyceriden.

7. Folie volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de bekledingslaag tevens een vulstof omvat.

8. Folie volgens conclusie 7, waarbij de vulstof colloïdale silica of mica is.

9. Werkwijze voor de vervaardiging van een folie 30 volgens conclusies 1-8, waarbij een polymere, biodegradeerbare basisfolie wordt bekleed met een laag van natuurlijk materiaal door de basisfolie in aanraking te brengen met een emulsie of een oplossing van een natuurlijk 1006548 materiaal bij een temperatuur tussen 10 en 50°C, en vervolgens wordt gedroogd.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de basisfolie in aanraking wordt gebracht met een emulsie.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de emulsie een emulgator omvat.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij de emulgator is gekozen uit de groep bestaande uit glycerolmono-oleaat, stearinezuur, kaliumhydroxide, oleinezuur en mengsels 10 daarvan.

13. Toepassing van een folie volgens conclusies 1-8 voor het vervaardigen van een verpakkingsmateriaal voor het verpakken van stoffen die gevoelig zijn voor zuurstof en/of waterdamp. 1006548