NL1007735C2 - Biologisch afbreekbare vormstukken. - Google Patents

Description

Biologisch afbreekbare vormstukken

De uitvinding heeft betrekking op vormstukken van biologisch restmateriaal, zoals aardappelstoomschillen.

Voor talrijke toepassingen, zoals profielen, pijpen, goten, potten en andere 5 containers, is er behoefte aan biologisch afbreekbare vormstukken die uit goedkope materialen kunnen worden vervaardigd. Voor dergelijke toepassingen is voorgesteld zetmeel, eventueel gemengd met andere polymeren en vulstoffen, te bewerken en door bij voorbeeld extrusie vorm te geven. Voorbeelden daarvan zijn beschreven in WO 92/02559 en EP-A-707034. Dergelijke producten hebben echter een aantal nadelen, 10 waaronder hoge productiekosten en hoge verwerkingstemperaturen.

Verrassenderwijs is nu gevonden dat men aardappelstoomschillen in een betrekkelijk eenvoudig en goedkoop proces kan verwerken tot stevige, en niettemin goed afbreekbare vormstukken. De werkwijze volgens de uitvinding behelst derhalve de verwerking van aardappelstoomschillen of soortgelijk materiaal door toepassing van 15 thermomechanische behandeling en vormgeving. Verondersteld wordt dat de combinatie van zetmeel, cellulose, pectine en anorganische materialen verantwoordelijk zijn voor de gunstige mechanische eigenschappen van de vormstukken.

Als uitgangsmateriaal gebruikt men aardappelschillen, d.w.z. het restmateriaal dat bij enig schilproces van aardappelen vrijkomt. De meest gangbare wijze van schillen 20 is het stoomschillen, waarbij aardappelen onder verhoogde druk ongeveer een halve minuut met stoom worden verhit, waarna met een waterstraal de schillen van de aardappelen worden verwijderd. Het daarbij verkregen schilmateriaal behoeft niet verder voorbehandeld te worden, hoogstens verwijdert men zo nodig nog resten zand of aarde. In plaats van of in combinatie met aardappelschillen kan men ook uitgaan van rest-25 materiaal van andere gewassen, zoals cassaveschillen en kaf van tarwe of ander graan.

Naast het restmateriaal kan men ook ander biologisch afbreekbaar materiaal toepassen zoals, zetmeel, cellulose(derivaten), guargom, johannesbroodmeel, dragant, pectine, Arabische gom of andere gommen, natuurrubber, polyesters zoals polycapro-lacton en polymelkzuur, eiwitten zoals gluten en caseïne. Om redenen van kosten zal 30 men deze toevoeging in het algemeen lager dan 25 gew.% t.o.v. de schillen houden. Ook kan men het schilmateriaal chemisch licht modificeren, bij voorbeeld door oxidatie.

1007735¾ 2

De schillen kunnen voorafgaande aan de thermomechanishc behandeling worden verkleind. Dit verkleinen kan op elke gebruikelijke wijze geschieden, bij voorbeeld door malen, zeven, pureren, schrapen. Aan de schillen wordt vervolgens bij voorkeur een weekmaker zoals een polyol (glycol, diethyleenglycol of een ander alkyleenglycol of 5 polyalkyleenglycol, glycerol, glycerol-monoester, e.d.), citroenzuurester of ureum toegevoegd, maar water alleen kan ook volstaan. De hoeveelheid water is bij voorkeur 3-35 gew.% ten opzichte van het totaal aan afbreekbaar polymeer. De hoeveelheid extra weekmaker zoals glycerol is bij voorkeur 0-25 gew.%. Verder kan een emulgator zoals lecithine of een monoglyceride, een lossingsmiddel zoals een olie (bij voorbeeld 10 ricinusolie), vetzuur of metaalzout daarvan (bijv. calciumstearaat) worden toegevoegd. Ter verhoging van de sterkte of en/of het volume van de vormstukken kan men een vulmateriaal zoals een natuurlijke vezel, bij voorbeeld vlas, stro, olifantsgras, katoen, jute of papier toevoegen, bij voo.beeld in een hoeveelheid van 5-50 gew.% t.o.v. het schilmateriaal. Ook anorganische vulstoffen zoals kalk of krijt kunnen worden toe-15 gevoegd. De toevoeging van kalk kan verder de waterbestendigheid van het eindproduct door verlaging van de oplosbaarheid van pectine vergroten. Andere mogelijke toevoegsels zijn kleurstoffen, conserveermiddelen, en in het bijzonder zwel- of blaasmiddelen zoals natriumbicarbonaat en kiemvormende stoffen zoals talk.

Het mengsel van klein gemaakte schillen en toevoegsels wordt vervolgens 20 thermomechanisch behandeld. Daarbij kan het in korrel/pelletvorm worden gebracht volgens op zichzelf bekende granulerings- resp. pelletiseringsprocessen, bij voorbeeld door extrusie in een dubbelschroefextruder bij verhoogde temperatuur (60-180°C in het bijzonder 100-150 °C). De grootte van de korrels wordt bepaald door de snelheid van granuleren en eventuele maalstappen na het granuleren. Afhankelijk van de aanwezigheid 25 van andere weekmakers kan het watergehalte tijdens extrusie variëren van 3 tot 35 gew.%.

Het verkregen product kan worden geconditioneerd op een voor het proces optimaal vochtgehalte. Afhankelijk van het gehalte aan overige weekmakers varieert het vochtgehalte na conditioneren tussen 4 en 30%. Vervolgens kan het geconditioneerde 30 product in een matrijs worden gebracht met de vorm van het uiteindelijk te vervaardigen vormstuk. Indien het geconditioneerde product de vorm heeft van korrels, kan een hoeveelheid hechtmiddel (bijvoorbeeld een mengsel van een natief zetmeel en glycerol) 100773 5"·^ 3 worden toegevoegd om de hechting tussen de korrels tijdens het vormgeven te bevorderen.

Het vormgeven kan geschieden door gieten, spuitgieten, persen en dergelijke technieken. Indien volumineuze producten gewenst worden, kan het vormgeven 5 geschieden door opschuimen met behulp van een biaasmiddel, zoals kooldioxide, lagere alkanen of, in het bijzonder, water. Een geschikte wijze van opschuimen is bij voorbeeld opschuimen onder gebruikmaking van elektromagnetische straling, in het bijzonder die in het microgolfgebied (frequentie tussen 20 MHz en 10 GHz en in het bijzonder tussen 50 MHz en 5 GHz). Hierbij wordt gebruik gemaakt van de stralingsenergieopname van 10 in het product aanwezig water, glycerol of andere dipolaire stof, waarbij deze stof in zeer korte tijd opwarmt en in dampvorm overgaat. Hierbij spelen zich twee processen tegelijk af: ten eerste het opschuimen als gevolg van het verdampen van water of de andere dipool bevattende stof. Voordeel hierbij is dat geen thermische energie van buitenaf behoeft te worden toegevoerd. Ten tweede wordt het losse materiaal tegelijker-15 tijd tot een driedimensionaal schuimvormstuk aan elkaar "gelast". Hiervoor is het van belang dat de buitenzijde van de korrels smeltbaar is, waarvoor een tenminste gedeeltelijk thermoplastisch gedrag van het bewerkte schilmateriaal vereist is. Een dergelijk opschuimproces dient snel, d.w.z. binnen enkele seconden te geschieden. Dit kan worden bewerkstelligd door een microgolfbron met hoog vermogen (tot bij voorbeeld 50 kW) 20 te gebruiken of door een combinatie van microgolfgenerator en matrijs te gebruiken waarin de druk snel kan worden gevarieerd. Nadat het materiaal aldus in de gewenste schuimvorm is gebracht, wordt de matrijs geopend en het product uitgenomen.

De met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen producten kunnen elke gewenste vorm hebben. Een belangrijke toepassing is die van continue vormstukken, 25 zoals profielen, kokers, goten, platen e.d. Dergelijke vormstukken kunnen poreus zijn, bij voorbeeld bij toepassing als omhulling voor een in watermilieu op te zwellen voorwerp. Ook discontinue voorwerpen, zoals, potten, dozen e.d. kunnen worden vervaardigd. Een voorbeeld daarvan is een verpakkingsmiddel, bijvoorbeeld voor kwetsbare apparaten, glaswerk, poststukken, e.d. Ook kan het product de vorm hebben 30 van bolletjes, schijfjes e.d., die als vulmiddel in verpakkingen kunnen worden gebruikt. Voordelen van dit materiaal zijn het van nature antistatische gedrag, het feit dat er in water oplosbare varianten mogelijk zijn en de biologische afbreekbaarheid en com- 1007735 ' 4 posteerbaarheid. In geval van opgeschuimd materiaal is de ook de geringe dichtheid voor veel toepassingen een voordeel.

Afhankelijk van de gewenste toepassing kan het nuttig zijn op het verkregen vormstuk een beschermende laag aan te brengen. Een dergelijke laag kan bij voorbeeld 5 een waslaag of een polymeerlaag zijn. Bruikbare polymeren hiervoor zijn thermoplastische of thermohardende polymeren, afhankelijk van de verwerking en de toepassing, zoals een natuurrubber of een polyester, bij voorkeur een afbreekbare polyester zoals een polymelkzuur of poly-e-caprolacton.

Voorbeeld 10 Drogen van de schillen

Voordat de aardappelschillen gedroogd werden, werd het vochtgehalte ervan bepaald door 200 gram schillenbrij in een oven te doer en 3 dagen bij 120°C te laten staan. Het vochtgehalte werd bepaald uit de gewichtsafname van de schillenbrij.

De manier waarop de schillen gedroogd werden was m.b.v. een drumdroger. 15 Natte schillenbrij werd op een drum met een temperatuur van 150°C geschept, waardoor het water verdampte en droge schil van aardappelbrij op de drum ontstond. De schil werd van de drum afgeschraapt en opgevangen.

Persen

Om de vloeimogelijkheden van de gedroogde aardappelschillen te onderzoeken 20 werden enkele persexperimenten met gedroogd product uitgevoerd. De persexperimenten werden uitgevoerd met een Pasadema Hydraulics Inc. PHI 75U pers. Het materiaal werd bij een temperatuur van 110°C en een persdruk van 20 ton gedurende 10 minuten geperst. Vervolgens werd de pers gedurende 10 minuten gekoeld, waama het product uit de pers werd gehaald. De persexperimenten werden uitgevoerd met verschillende 25 glycerol- en watergehaltes. De glycerol- en watergehaltes werden beide van 0 tot 20% gevarieerd.

Extrusie

Het granuleren van de aardappelschillen werd uitgevoerd met 2 verschillende extruders: 30 - de Berstorff ZE 40, een zelfreinigende meedraaiende dubbelschroefsextruder met een diameter (D) van 40 mm en een lengte (L) van 38 D.

1007735 · 5 de Extruco TSE 76, een nauwsluitende, tegendraaiende dubbelschroefsextruder met een diameter (D) van 76 mm en een lengte (L) van 33,8 D.

Per samenstelling werden batches van ongeveer 5 kg aangemaakt. De batches werden eerst gedurende 10 minuten voorgemengd met een bear varimixer (een soort 5 grote keukenmixer, Peter Stuut). De premixen werden met een hopper aan de extruder toegevoegd. Het schroeftoerental was voor de experimenten 35 ipm. Het extrudaat werd in een bak verzameld en met een granulator in korrels gehakt. Tijdens extrusie werd de weekmakersoort, de weekmakerhoeveelheid, de soort afvalschillen en de hoeveelheid toegevoegde kalk gevarieerd. io - weekmakersoort: glycerol, ureum weekmakerhoeveelheid: 0, 5, 7,5, 10, 15% (op basis van gewicht van de schillen) soort schillen: stoomschillen, gehomogeniseerd stoomschi’ienmateriaal, grijs zetmeel (dit is ook aardappelstoomschillen afvalproduct) 15 - kalk: 0, 5, 10%.

Spuitgieten

Het spuitgieten van de verschillende proefstaven werd met een Ergotech NCIV spuitgietmachine uitgevoerd. Het spuitgieten van de bloempotjes werd met een Demag D60NCII-K spuitgietmachine uitgevoerd. De gebruikte matrijzen waren een matrijs voor 20 proefstaven en een bloempottenmatrijs voor dunwandige bloempotten. De granulaat-soorten, gemaakt door middel van extrusie, werden voor het spuitgieten gedroogd en verwerkt bij een temperatuur van 120°C. De spuitgietdruk lag tussen de 1000 en 2500 bar, de cyclustijd lag tussen de 27 en 37 seconden, afhankelijk van de granulaatsoort. De maltemperatuur werd op 20°C gehouden.

25 De mechanische eigenschappen van verkregen proefstaven zijn samengevat in onderstaande tabel. Daarin is de E-modulus een maat voor de stijheid, Max. last de maximale kracht die tijdens de buigproef op een staaf is uitgeoefend, L op max. last de rek op he moment van maximale belasting en L bij breuk de rek op het moment van breuk van het materiaal. Alle monsters bevatten 3% lecithine.

10077 3 5«! 6

Tabel: Resultaten buigproeven samenstelling mechanische eigenschappen glycerol ureum kalk E-modulus Max. last L op max. L bij (%) (%) (%) (N/mm2) (N/mm2) last (%) breuk (%) 5 5 - - 72 1,8 6,8 13,1 7.5 - - 34 1,0 7,5 13,2 10 -- 46 1,5 8,2 13,2 12.5 23 0,8 7,4 13,1 15 - - 29 1,1 8,7 13,2 10 25 6 0,3 9,0 13,4 - 5 10 10 0,4 12,0 20,8 - 10 10 6 0,3 11,8 23,0 5 10 6 0,3 11,1 19,0 10 3^35¾

Claims (9)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij men de thermomechanische behande ling uitvoert in aanwezigheid van een weekmaker, zoals een polyol of een ureum.
2. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de thermomechanische behandeling extrusie omvat.
3. 4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, waarbij men het vormgeven uitvoert 10 in aanwezigheid van een blaasmiddel, zoals waterdamp of kooldioxide.
4. 5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, waarbij men aan de aardappelstoomschillen 1-50 gew.%, in het bijzonder 5-25 gew.% van een vezelachtig materiaal zoals fijnverdeeld papier, stro, vlas, olifantsgras, katoen of jute toevoegt.
5. 6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, waarbij de aardappelschillen zijn 15 gemengd met een polysacharide of een eiwit.
6. 7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, waarbij men aan de aardappelstoomschillen 0,5-5 gew.% kalk toevoegt.
7. 8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, waarbij men op het vormgegeven product een laag van een was of een polymeer aanbrengt. 1 2 3 4 5 6 - 5^>
8. 9. Werkwijze volgens een der conclusies 1-8, waarbij men het polymeer door 2 extrusie in de vorm van de korrels/pellets brengt. 3
9. 10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de korrels/pellets vlak voor het 4 opschuimen 5-25 gew.% water bevatten. 5 II. Vormstuk van thermoplastisch behandelde aardappelstoomschillen, verkrijgbaar 6 met de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies. SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE lOENTIFlKATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Kenmer* van oe aanvrager at van ae gemacntigce j N.O. 41642 TM_ | Neoenanase aanvrage nr. | indieongsdaum j 1007735 8 december 1997 | in 90 roe pen voorrangsaaajm t I -- _ - — —'I " _ _ ' ' I Aanvrager (Naam) RODENBURG VEEVOEDERS B.V. . j Da urn van het verzoek voor een onderzoen van miemaaonaai type Door oe insanse voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan net verzoen voor een onaerzoeic van intemaoonaai type aegewnd nr. SN 30473 NL t I I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij Deceasing van verscmiienoe ciassiAcaoes. alle aassificaoesymboien opgeven) | Volgens de Inoemaoonafe aassi/icaoe (IPC> Int.Cl.6: C 08 B 30/10, C 08 L 3/00 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK _______Onoerzcc.hte minimum documentatie_.___| Classificatiesysteem |___Classrticatiesvrrooten_‘_j I I Int.Cl.6: C 08 B, C 08 L j i _ i Onaerzocnte ancere documentatie aan ae minimum documentatie voer zover dergelijke documensn m de ondertccnte gets eden Zgn 1 opgenomen j ; 1 1 i I i I ' I I I ! i I_ ! j lil., GEEN ONCERZOEK MCGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (oomerxmaen oo sanvutlirgsolad) IV.' GE3REK AAN EENHEID VAN UITVINDING (CcmerKtrcen cc aanvullirtcsoiaa', ' v 2C ' 'a : Cc t 59m