NO343374B1

NO343374B1 - Sterkt pustende bionedbrytbar foliepose

Info

Publication number: NO343374B1
Application number: NO20065136A
Authority: NO
Inventors: Catia Bastioli; Gianfranco Del Tredici; Roberto Ponti; Maurizio Tosin
Original assignee: Novamont Spa
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2019-02-11
Also published as: ES2684778T3; ITMI20040720A1; KR20060132998A; JP2007532413A; CN1946777A; US20080038496A1; EP1751219A1; US8747971B2; CA2561586C; WO2005097875A1; CA2561586A1; AU2005231974A1; NO20065136L; EP1751219B1

Abstract

Pose fremstilt av en pustende, bionedbrytbar, ensartet folie med en tykkelse på fra 10 til 40 μm og en gjennomtrengelighet for vann som er større enn 950g 30 μm/m224h, i hvilken pose den bionedbrytbare folie omfatter stivelse og eventuelt en termoplastisk polymer som er uoppløselig i vann og har et smeltepunkt mellom 60 ºC og 150 ºC.

Description

BESKRIVELSE

Den foreliggende oppfinnelse angår en pose eller sekk fremstilt av en bionedbrytbar ensartet folie, kjennetegnet ved en stor pusteevne som gjør den særlig velegnet for industriell kompostering.

Kompostering angir den industrielle prosess som imiterer de prosesser, og reproduserer dem i en kontrollert og akselerert form, som i naturen tilbakefører de organiske substanser til livssyklusen. I naturen vil den organiske substans som er blitt produsert, og som ikke lenger er "nyttig" for opprettholdelse av liv (tørre blader, grener, rester av dyr, osv.) bli spaltet av mikroorganismene som er til stede i jordsmonnet, og som fører den tilbake i den naturlige syklus. De mindre nedbrytbare bestanddeler som blir tilbake, utgjør den humus som derfor representerer en viktig næringstilførsel for planter, som følge av dens evne til å frigjøre næringselementene (nitrogen, fosfor, kalium, osv.) langsomt, men på en vedvarende måte, hvilket sikrer jordsmonnet vedvarende fruktbarhet. Industriell kompostering er derfor en prosess gjennom hvilken det tilveiebringes strukturer for rasjonell styring av de mikrobiologiske aktiviteter som finner sted spontant i naturen, med det siktepunkt å redusere den tid som er nødvendig for å oppnå en type humus, det vil si komposten, og å forbedre kvaliteten av sluttproduktet i forhold til det produkt som oppnås på naturlig måte. Industriell kompostering har vært gjenstand for mange undersøkelser, og i mange komposteringsanlegg er det blitt gjort bruk av meget sofistikerte prosesser og utstyr. En av de økonomiske hovedhindringer for utbredelsen av industriell kompostering av organisk avfall ligger imidlertid i de høye kostnader ved komposteringen som avhenger av vekten av det organiske materiale som skal omdannes. WO 02/078944 A1 beskriver i eksempel 6 fremstillingen av en film med en modul på 215,65 MPa ved ekstrusjonsblåsing fra en sammensetning bestående av 20 vektprosent av en alifatisk-aromatisk kopolyester (Ecoflex-F), 50 vektprosent termoplastisk stivelse, 15 vekt -% polymelkesyre og 15 vekt% kalsiumkarbonat. WO 94/16020A2 beskriver et bionedbrytbare termoplastiske polymerblandinger hvori en første polymer og en andre polymer er intimt assosiert sammen i en jevn, i alt vesentlig homogen blanding. Den andre polymer i blandingen virker til å lette bionedbrytning av blandingen, og av for- mede gjenstander fremstilt derfra, med en hastighet som er øket sammenlignet med den for den mest langsomme bionedbrytende individuelle polymerkomponent i blandingen. Blandingen kan dessuten omfatte en polysakkaridkomponent, f.eks. en stivelsekomponent slik som de- strukturert stivelse. Posen eller sekken (nedenfor er ordet pose benyttet) fremstilt av den sterkt pustende bionedbrytbare, ensartede folie i henhold til den foreliggende oppfinnelse letter utviklingen av en differensiert oppsamling av organisk avfall, fordi den organiske del som skal tilrettelegges, undergår – som følge av posens ensartethet og sterke pusteevne – et betydelig vekttap mens den fortsatt befinner seg i posen.

Dette er desto mer viktig som en differensiert oppsamling av organisk avfall blir stadig mer nødvendig, også som et resultat av den europeiske regulering som vil gjøre det obligatorisk mot slutten av 2006 å ikke kaste avfall med et organisk innhold som overstiger 5 %.

Dersom det i lys av den ovennevnte regulering tas i betraktning at den totale mengde avfall fra byer bare i Italia anses å være av størrelsesordenen ca. 24 millioner tonn, og innholdet av bedervelig materiale er av størrelsesordenen 11,4 millioner tonn, blir viktigheten av å stabilisere avfallet og å forbedre det ved hurtig kompostering eller biostabilisering ganske klart.

Også under de vanlige omstendigheter hvorunder denne type avfall sendes til et avfallsdeponi, er fordelene ved den bionedbrytbare pose i henhold til oppfinnelsen bemerkelsesverdig. Det bedervelige avfall utgjøres av vann for mer enn 60 %'s vedkommende, og selv et vekttap på bare 10 % resulterer i, når hele landet ses under ett, et tap av hundretusener av tonn vann. I tillegg til de direkte økonomiske besparelser innebærer dette blant annet tusener av tonn mindre vann på fyllplassen, et mer stabilisert avfall, hvilket reduserer luktproblemene, og besparelse av tusener av søppelbilturer til og fra avfallsplassen. Salg av en pose med disse egenskaper i handlesentere, i form av handleposer, vil også muliggjøre en betydelig reduksjon i avfallshåndteringskostnadene i byområdene, og vil samtidig gjøre håndteringen av den differensierte samling av bedervelig avfall meget enklere.

Den bionedbrytbare pose ifølge oppfinnelsen kan også ha form av en handlepose beregnet for gjenbruk og til slutt som en pose for oppsamling av matavfall. Dette vil også redusere sannsynligheten for at handleposen vil bli etterlatt svevende rundt i omgivelsene.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse angår en pose fremstilt av en pustende, bionedbrytbar, ensartet folie, hvilken folie har en tykkelse av fra 10 til 40 µm og en vanngjennomtrengelighet på mer enn 950 g 30µm/m<2>24h, målt i henhold til ASTM E96-90.

I den foreliggende beskrivelse menes med en ensartet folie en folie som er hovedsakelig fri for defekter så vel på mikroskopisk som makroskopisk nivå.

Den pustende, bionedbrytbare, ensartede folie fremstilles av bionedbrytbare materialer. Foretrukne materialer er bionedbrytbare polyestere og bionedbrytbare stivelsesbaserte blandinger. Alifatisk-aromatiske polyestere av typen disyrer-dioler er særlig foretrukne blant polyestere. Blandinger av stivelse og alifatisk-aromatiske polyestere er særlig foretrukne blant stivelsesbaserte blandinger.

Hva angår typen disyrer-dioler av bionedbrytbare polyestere inkluderer eksempler som dikarboksylsyre oksalsyre, malonsyre, ravsyre, glutarsyre, adipinsyre, pimelinsyre, suberinsyre, azelainsyre, sebacinsyre, undekandisyre, dodekandisyre og brassylinsyre.

Eksempler på polyfunksjonelle aromatiske forbindelser innbefatter ftalsyrer, spesielt tereftalsyrer, bisfenol A, hydrokinon og lignende.

Eksempler på dioler innbefatter 1,2-etandiol, 1,2-propandiol, 1,3-propandiol, 1,4-butandiol, 1,6-heksandiol, 1,7-heptandiol, 1,8-oktandiol. 1,9-nonandiol, 1,10- dekandiol, 1,11-undekandiol, 1,12-dodekandiol, 1,4-sykloheksandimetanol, neopentylglykol, 2-metyl-1,3-propandiol, dianhydrosorbitol, dianhydromannitol, dianhydroiditol, sykloheksandiol og sykloheksanmetandiol.

I tillegg til dikarboksylsyren og diolen omfatter den bionedbrytbare polyester som utgangsmonomer med fordel også en umettet komonomer av enten naturlig eller syntetisk opprinnelse. Mengden av umettet komonomer ligger innenfor området fra 0,5 til 45 % av dikarboksylsyre og diol.

Eksempler på umettede syrer av syntetisk opprinnelse innbefatter malonsyre, fumarsyre, vinylacetat, akryl- og metakrylsyrer, hydroksyalkylakrylater og hydroksyalylmetakrylater.

Eksempler på umettede komonomerer av naturlig opprinnelse er itakonsyre, monoumettede hydroksysyrer som for eksempel ricinolsyre og lesquerolsyre, samt monoeller polyumettede monokarboksylsyrer, som for eksempel oljesyre, erucinsyre, linolsyre og linolensyre.

Den alifatisk-aromatiske polyester kan også, i tillegg til disse basismonomerer, innbefatte minst én hydroksysyre i en mengde i området fra 0 til 30 mol%, beregnet på antallet mol av den alifatiske dikarboksylsyre. Eksempler på egnede hydroksysyrer innbefatter glykolsyre, hydroksysmørsyre, hydroksykapronsyre, hydroksyvalerinsyre, 7-hydroksyheptansyre, 8-hydroksykapronsyre, 9-hydroksynonansyre og melkesyre.

Hva stivelsesbaserte blandinger angår, menes det med betegnelsen "stivelse" en hvilken som helst type naturlig forekommende stivelse, som for eksempel maisstivelse, potetstivelse, hvetestivelse, tapiokastivelse, ertestivelse og lignende. Betegnelsen stivelse omfatter også kjemisk eller fysikalsk modifisert stivelse, og det kan for eksempel nevnes stivelses-estere med en substitueringsgrad i området fra 0,2 til 2,5, hydroksypropylerte stivelser og stivelser modifisert med fettkjeder. Stivelse kan også benyttes enten i den destrukturerte eller i den gelatiniserte form.

I en særlig foretrukket stivelsesbasert blandingsfolie er stivelsen til stede som en ko-kontinuerlig fase, eller som en dispergert fase i den polymere matriks. I det sistnevnte tilfelle er stivelsen dispergert i form av partikler med dimensjoner mindre enn 1 µm, fortrinnsvis mindre enn 0,6 µm.

For tiden foretas differensiert avfallsinnsamling i mange tilfeller ved bruk av bionedbrytbare poser som, spesielt dersom de er fremstilt av stivelsesbasert folie, er i stand til å avgi vann som følge av materialets hydrofile natur.

Posene ifølge den foreliggende oppfinnelse, som er avledet fra bionedbrytbar, ensartet folie med tykkelse mellom 10 og 40 µm og med en permeabilitet høyere enn 950 g 30µm/m<2>24h, fortrinnsvis høyere enn 1000 g 30µm/m<2>24h, og enda mer foretrukket > 1100 g 30µm/m<2>24h, kan redusere mengden av det organiske avfall, spesielt dersom de ikke er blitt plassert inne i en lukket kontainer, med mer enn 15 vekt% av selve avfallet, og fortrinnsvis med mer enn 20 vekt%, i løpet av mindre enn 7 døgn, fortrinnsvis i løpet av mindre enn 4 døgn.

Det har vist seg at når folien har en pusteevne større enn 4000 g 30µm/m<2>24h, er den ikke lenger egnet for bruk ved fremstilling av poser i henhold til oppfinnelsen. Fortrinnsvis ligger pusteevnen lavere enn 3000 g 30µm/m<2>24h, og mer foretrukket lavere enn 2500 g 30µm/m<2>24h.

For å teste posens egenskaper kan den fylles med sagflis, til hvilken det er blitt tilsatt vann som er blitt fullstendig absorbert av sagflisen (normalt ca. 20 % sagflis og 80 % vann), og deretter plasseres på et gitter med tilstrekkelig stor maskevidde til å muliggjøre lufting også under posens bunn. Posen kan anbringes i omgivelser som er kondisjonert ved 23 ºC og 55 % relativ fuktighet, og vekttapet kan måles ved veiing.

Poser med et stort overflateareal i forhold til volumet er særlig velegnede for formålet. Poser med volum på mellom 5 l og 40 l, fortrinnsvis mellom 10 l og 30 l, er derfor særlig egnede for formålet. Pusteevnen kan i enkelte tilfeller være nyttig også i store sekker for ikke-differensiert avfallsoppsamling, da den muliggjør avgivelse av en viss mengde vann med derav følgende økning av avfallets brennverdi.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter ikke bare bionedbrytbare poser fremstilt av materiale som er tilstrekkelig hydrofilt til å nå opp i permeabilitetsverdier for folien som er > 950 g 30µm/m<2>24h, men også poser fremstilt av folier med mindre pusteevne som når opp til pusteevnenivået 950 g 30µm/m<2>24h eller høyere, ved hjelp av en mikroperforeringsprosess ved bruk av laser eller ved strekking med uorganiske eller organiske fyllstoffer, idet slike prosesser er egnede for å danne mikrohull. Med uttrykket "mikrohull" menes hull som gjør folien gjennomtrengelig for vanndamp, men praktisk talt ugjennomtrengelig for væskeformig vann ved atmosfærisk trykk. Poser fremstilt av folier på basis av stivelse er særlig foretrukkede, fordi de kjennetegnes ved en god bionedbrytningskapasitet, også ved romtemperatur (såkalt hjemme-komposterbarhet).

De stivelsesbaserte folier ifølge oppfinnelsen må inneholde termoplastisk stivelse i en mengde av mellom 20 % og 90 %, mer foretrukket mellom 25 % og 60 %, av det totale materiale. Termoplastiske polymerer som er uoppløselige i vann (vannabsorpsjon lavere enn 5 %, fortrinnsvis lavere enn 2 %), med smeltepunkter mellom 60 ºC og 150 ºC og med god forlikelighet med stivelse utgjør en annen vesentlig bestanddel. De samme polymerer kan utgjøre det grunnleggende råmateriale for poser oppnådd ved

mikroperforering.

De mekaniske egenskaper må være tilstrekkelige for anvendelsen. Dette innebærer: strekkstyrkeegenskaper, målt for 25-30 µm folier ved 23 ºC og 55 % relativ fuktighet, med bruddstyrke større enn 16 MPa, modulus > 50 MPa, bruddforlengelse > 300 % og fortrinnsvis en bruddstyrke høyere enn 22 MPa, modulus > 100 MPa og bruddforlengelse > 350 %.

EKSEMPEL 1

En blanding inneholdende:

- 36,4 % stivelse Globe 03401 Cerestar

- 50 % Ecoflex (BASF)

- 13,6 % glyserin

- 0,2 % deler Erucamid

ble anbrakt i en tvillingskrueekstruder OMC, D = 50 mm og L/D = 36 som ble drevet med en temperaturprofil 60/140/175/180x4/155x2 ved 300 rpm og med avgassing for å bringe sluttvanninnholdet ned til under 1 %.

De dermed oppnådde granuler ble tilført til en Ghioldi foliefremstillingsmaskin, D = 40 mm, L/D = 30, som ble drevet med en temperaturprofil 120/135/145x7 ved 64 rpm. Det ble oppnådd en folie med en pusteevne på 1460 g 30µm/m<2>24h i henhold til ASTM E 96-90.

Poser med ulike rominnhold ble fremstilt av denne folie.

Tre poser, tatt ut tilfeldig fra et ensartet parti, ble så benyttet i den følgende test. En blanding av sagflis og vann i et masseforhold på 1:4 ble fremstilt i en egnet beholder. Posene ble så fylt med den tilberedte fuktige sagflis. Tabell 1 viser oppfyllingen i forhold til posens volum, ved bruk av to typiske kommersielle posestørrelser. Ved bruk av poser med et annet volum må mengden av blandingen av sagflis og vann tilpasses proporsjonalt deretter.

Dersom for eksempel posen har et volum på 15 liter, må vekten av blandingen av sagflis og vann være som følger:

Tabell 1

Etter å ha blitt fylt ble posene lukket ca. 5 cm fra åpningen ved bruk av den snøring som fulgte med posen, eller med en snor. Posene ble så plassert på et gitter med celler med sidekanter på mellom 1,5 cm og 5 cm, fremstilt av metalltråd eller plasttråd. Gitteret ble så opphengt minst 5 cm fra grunnplanet. Testen ble utført i omgivelser kondisjonert ved 23 ºC (±2) med 55 % relativ fuktighet (±2). Posene ble veid ved testens begynnelse og etter 7 døgn.

Differansen mellom den opprinnelige vekt T0 og sluttvekten Tf av hver pose ble bestemt som D = (T0 - Tf), og middelverdien Dm for de individuelle differanser ble også bestemt:

Posene forble intakte gjennom hele testperioden, og variasjonen mellom Dm og D overskred ikke 10 %.

Verdiene for vekttapet er gitt i tabeller 2 og 3.

Tabell 2

Poser: 20 µm; 6,5 l

Innhold: 300 g sagflis og 1200 g vann

3 gjentakelser

Tabell 3

Poser: 20 µm; 10 l

Innhold: 462 g sagflis og 1848 g vann

3 gjentakelser

EKSEMPEL 2 (Sammenligningseksempel)

Forsøk 1 ble gjentatt med den følgende blanding:

- 28,0 % stivelse Globe 03401 Cerestar

- 65,7 % Ecoflex (BASF)

- 6,0 % glyserin

- 0,3 % deler Erucamid

Det ble oppnådd en folie med en pusteevne på 850 g 30µm/m<2>24h i henhold til ASTM E 96-90. Poser med tykkelse 20 µm og volum 10 l ble fremstilt av denne folie. Testen ifølge eksempel 1 ble gjentatt, og middelverdien for vekttapet, bestemt etter 7 døgn, var på 157,3 g, svarende til et vekttap på ca. 10,48 %.

Claims

Patentkrav

1. Pose fremstilt av en pustende, bionedbrytbar, ensartet folie, som omfatter termoplastisk stivelse i en mengde på mellom 25 og 90 vekt% av den totale sammensetningen, blandet med en alifatisk-aromatisk polyester av disyre-diol-typen, den alifatiske aromatiske polyester av disyren -diol typen er en termoplastisk polymer med et smeltepunkt mellom 60 °C og 150 °C og med en absorpsjon av vann under 5%, hvor folien har tykkelse fra 10 til 40 μm og har en vanngjennomtrengeligheten større enn 950 g 30 μm / m<2>24h, målt i henhold til ASTM E96-90, og strekkegenskaper målt på 25-30 μm folier ved 23 °C og 55% RH av: Ultimate Tensile Strength større enn 16 MPa, Modulus> 50 MPa, Ultimate Elongation> 300%.

2. Pose ifølge krav 1, hvor vanngjennomtrengeligheten av den bionedbrytbare, ensartede folie er større enn 1000 g 30µm / m<2>24h.

3. Pose ifølge krav 1, hvor vanngjennomtrengeligheten av den bionedbrytbare, ensartede folie er større enn 1100 g 30µm / m<2>24h.

4. Pose ifølge krav 1, hvor mengden av stivelse utgjør mellom 25 vekt% og 60 vekt% av den totale sammensetning.

5. Pose ifølge krav 1, hvor vanngjennomtrengeligheten av den bionedbrytbare, ensartede folie er mindre enn 4000 g 30µm / m<2>24h.