SK279572B6

SK279572B6 - Biologicky odbúrateľný materiál, spôsob jeho výrob

Info

Publication number: SK279572B6
Application number: SK4034-92A
Authority: SK
Inventors: Johannes Schroeter
Original assignee: Buck Werke Gmbh And Co.
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-12-31
Publication date: 1999-01-11
Also published as: DK0551125T3; DE59306475D1; SK403492A3; CZ403492A3; ATE153360T1; PL297335A1; DE4200485C1; ES2103984T3; EP0551125A1; EP0551125B1; PL171872B1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka biologicky odbúrateľného materiálu, spôsobu jeho výroby ajeho použitia.

Doterajší stav techniky

Už dlhší čas sa v priemysle obalovej techniky hľadajú alternatívy k dosiaľ známym plastickým hmotám, ktoré síce na jednej strane majú veľmi dobré úžitkové vlastnosti a spravidla ich možno vyrábať pri nízkych nákladoch, na druhej strane však spôsobujú problémy s tým, ako sa ich zbaviť, pretože nehnijú a spôsobujú narastanie háld odpadkov. Už sa navrhlo používať biologicky odbúrateľné materiály, aby sa zmiernili problémy s odpadkami. Nevýhodou týchto látok však je, že sú oproti dosiaľ známym obalovým materiálom niekoľkonásobne drahšie. Na odstránenie tejto nevýhody bolo navrhnuté zapracovať do polyetylénovej fólie ako plnivo škrob, ktorý jednak ako lacné plnivo znižuje výrobné náklady a jednak má zlepšiť biologickú odbúrateľnosť. Pretože však odbúrateľnosť samotného polyetylénu nemení, nerieši tento nadstavok problematiku odpadkov a na druhej strane sa prísadou škrobu znižujú mechanické vlastnosti polyetylénovej fólie.

Podnetom na vynález bola úloha pripraviť biologicky odbúrateľný materiál, ktorý je svojimi mechanickými a fyzikálnymi vlastnosťami porovnateľný s fóliami čistých naplnených plastických hmôt, ktorý sa rýchle biologicky odbúrava a jeho výroba je priaznivá z hľadiska výrobných nákladov.

Podstata vynálezu

Vynález rieši túto úlohu biologicky odbúrateľným materiálom, obsahujúcim 30 až 85 % hmotnosti biologicky odbúrateľnej plastickej hmoty na báze polysacharidu, 15 až 70 % hmotnosti prírodného škrobu alebo nemodifikovanej celulózy, pripadne aj obvyklej látky, ktoré možno pripraviť tak, že sa biologicky odbúrateľná plastická hmota roztaví pri teplote v rozmedzí od teploty topenia plastickej hmoty až do približne 240 ’C, zároveň alebo následne sa pridá škrob, pripadne nemodifikovaná celulóza, pričom obsah vody v škrobe nepresahuje 20 %, získaná zmes sa granuluje a granulát sa potom obvyklým spôsobom tvaruje, alebo že sa biologicky odbúrateľná plastická hmota rozpustí v rozpúšťadle, nerozpúšťajúcom škrob, k roztoku sa potom pridá škrob a vzniknutý organosól sa potom tvaruje známym spôsobom.

S prekvapením sa zistilo, že zmes prírodného škrobu alebo nemodifikovaná celulóza s plastickou hmotou na báze polysacharidu poskytuje produkty s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami, ktoré sa čiastočne až desaťkrát rýchlejšie odbúravajú ako dosiaľ známe biologicky odbúrateľné plastické hmoty.

Podstatnou zložkou materiálu podľa vynálezu je biologicky odbúrateľná plastická hmota na báze polysacharidu. Takéto plastické hmoty sú známe a všetky biologicky odbúrateľné plastické hmoty na báze polysacharidu, ktoré možno spracovať na tvarované výrobky, sú tu vhodné. Výhodne sa ako biologicky odbúrateľné plastické hmoty používajú termoplastické deriváty celulózy. Ako zvlášť výhod né sa ukázali acetát celulóz}', propionát celulózy, butyrát celulózy, acetobutyrát celulózy a etylcelulózy. Tieto deriváty sú bežne predávané produkty, a preto ich výrobu nie je potrebné bližšie opisovať. Biologicky odbúrateľná plastická hmota je obsiahnutá v množstve od 30 do 85 % hmotnosti. Výhodne predstavuje podiel plastickej hmoty od 40 do 70 % hmotnosti.

Pod pojmom biologicky odbúrateľná plastická hmota sa rozumie plastická hmota, ktorá pri pokuse, pri ktorom sa zahrabe do zeme, stráca následkom mikrobakteriálnych vplyvov aspoň 20 g.rrr^ hmotnosti ročne, výhodne aspoň 30 g.m’2 ročne. Spôsob stanovenia straty na hmotnosti je opísaný v príklade 4.

Druhou podstatnou zložkou materiálu podľa vynálezu je prírodný škrob alebo nemodifikovaná celulóza. Prírodný škrob možno získať zo všetkých známych rastlinných, materiálov, obsahujúcich škrob, ako sú napríklad zemiaky, kukurica, ryža alebo obilie. Škrob, získaný z týchto látok, má podobu zrniek. Nemodifikovanú celulózu možno tiež získať z rastlinného materiálu, ako je bavlna, juta, ľan, konope, ramia (čínska tráva), ako aj z dreva ihličnatých a listnatých stromov a zo slamy. Čistá celulóza je rovnako ako škrob vybudovaná z glukózových jednotiek, nie je však z dôvodu beta-glykozŕdického spojenia v podobe gufičiek, ale v podobe dlhých reťazcov, teda v podobe vlákien. Podiel prírodného škrobu alebo nemodifikovanej celulózy v materiáli podľa vynálezu môže byť v rozmedzí od 1 do 70 % hmotnosti, výhodne od 30 do 60 % hmotnosti. Podiel nižší ako 15 % je tiež možný, nevykazuje však už žiadne ekonomické výhody. Podiel vo výške približne 70 % hmotnosti predstavuje z priestorových dôvodov hornú hranicu koncentrácie. Pomer oboch zložiek podľa vynálezu, najvhodnejší na uvažovaný účel použitia, môže odborník ľahko zistiť iba niekoľkými pokusmi.

Iba pri použití oboch podstatných zložiek podľa vynálezu sa dosiahnu výhody materiálu podľa vynálezu. Ak sa škrob alebo nemodifikovaná celulóza zmiešajú s inými biologicky odbúrateľnými plastickými hmotami, ktoré však nemajú štruktúru polysacharidov, dochádza k zníženiu mechanickej pevnosti v takej miere, v akej sa zvyšuje podiel škrobu alebo nemodifikovanej celulózy. Naproti tomu jc mechanická pevnosť pri kombinácii podľa vynálezu oproti mechanickým hodnotám pre biologicky odbúrateľná plastickú hmotu vyššia, ako zodpovedá podielu biologicky odbúrateľnej plastickej hmoty.

Materiál podľa vynálezu môže okrem oboch týchto zložiek, podstatných pre vynález, obsahovať ešte ďalšie, na výrobu obalových materiálov obvyklé prísady, ako napríklad plnivá, farbivá alebo iné pomocné látky. Druh a množstvo vhodných prísad sú známe a nevyžadujú bližšie vysvetlenie.

Zvlášť výhodná je pri materiáloch podľa vynálezu veľkosť biologicky odbúrateľného množstva v závislosti od času V porovnaní s biologickým odbúraním samotnej biologicky odbúrateľnej plastickej hmoty sa docieli až desaťnásobné urýchlenie miery odbúrania. Zvlášť výhodné výsledky sa dosiahnu pri použití škrobu.

Ďalej vynález opisuje spôsoby výroby materiálu podľa vynálezu, ako bol definovaný. Tento materiál možno výhodne vyrobiť kompoundovaním alebo vytvorením organosólu. Ak podiel škrobu sa nachádza v dolnej oblasti uvedeného rozsahu, možno materiál podľa vynálezu pripraviť jednoducho zmiešaním oboch zložiek a následným tvaro

SK 279572 Β6 vaním známym spôsobom. Vyššie podiely škrobu môžu viesť k tomu, že získaná zmes upcháva zariadenie, použité na tvarovanie. Na výrobu materiálov podľa vynálezu, ktoré obsahujú viac ako asi 20 až 25 % škrobu, sa preto navrhuje spôsob, pri ktorom sa možno týmto problémom vyhnúť.

Preto je ďalším predmetom vynálezu spôsob výroby biologicky odbúrateľného materiálu, tento spôsob sa vyznačuje tým, že sa biologicky odbúrateľná plastická hmota roztaví, zároveň alebo následne sa pridá škrob alebo nemodifikovaná celulóza, potom sa získaná zmes granuluje a granulát sa potom tvaruje známym spôsobom

Výhodne sa odbúrateľná plastická hmota a škrob, prípadne nemodifikovaná celulóza zmiešajú a plastická hmota sa roztaví v prítomnosti škrobu.

Na tvarovanie sa granulát výhodne ďalej spracuje lisovaním, vstrekovacím liatím alebo vytláčaním.

Týmto spôsobom možno materiál podľa vynálezu vyrábať jednoducho a s nízkymi výrobnými nákladmi. Pri miešaní roztavenej plastickej hmoty so škrobom sa aplikujú také podmienky, že sa zrnitá štruktúra škrobu v podstate nezmení. Vhodné sú teploty v rozmedzí od teploty topenia plastickej hmoty do asi 240 °C. Obsah vody v škrobe by pritom nemal byť vyšší ako 20 %, výhodne 15 %.

Ďalšou alternatívou postupu na výrobu materiálu podľa vynálezu je spôsob, ktorý' sa vyznačuje tým, že sa biologicky odbúrateľná plastická hmota rozpustí v rozpúšťadle, nerozpúšťajúcom škrob, prípadne nemodifikovaná celulózu, k vzniknutému roztoku sa potom pridá škrob, prípadne nemodifikovaná celulóza a získaný organosól sa tvaruje známym spôsobom

Rozpúšťadlá, vhodné na tento variant spôsobu na výrobu materiálu podľa vynálezu, sú odborníkom známe; výhodne sa používa acetón a etanol.

Tvarovanie organosólu sa výhodne uskutočňuje natieraním, liatím, nanášaním stierkou alebo striekaním známym spôsobom pri odparení rozpúšťadla.

Materiál podľa vynálezu sa môže spracovať napríklad na obaly na rôzne materiály. Na základe svojho zloženia je tento materiál zvlášť vhodný na balenie potravín, kozmetických prostriedkov, čistiacich prostriedkov a potrieb do domácnosti. Výhodne sa tento materiál používa na balenie tuhých sypkých látok. Na balenie napríklad agresívnych materiálov, ako sú kyseliny, čistiace a leštiace prostriedky, možno na materiáli podľa vynálezu vytvoriť vrstvu neprepúšťajúcu tieto médiá.

Výhodne sa z materiálu podľa vynálezu lisujú škatuľky alebo sa spracuje na tvary, ktoré sa používajú ako viečka alebo dná škatuliek z vinutého papiera. Vynález poskytuje materiál, ktorý je ekologicky zvlášť vhodný, pretože sa vyrába z prírodné sa obnovujúcich látok a môže sa biologicky opäť veľmi rýchlo odbúrať. Okrem toho má oproti doteraz známym obalovým materiálom zvláštne výhody, pokiaľ ide o mechanické vlastnosti ako aj z ekonomických dôvodov.

Vynález je bližšie objasnený ďalej uvedenými príkladmi uskutočnenia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Zmieša sa 1 kg propionátu celulózy v tvare granúl s 0,2 kg práškového škrobu. Vzniknutá zmes sa nasype do vstrekovacieho stroja, a potom sa z nej vstrekovaním vyro bia konštrukčné súčasti, ktoré sú vhodné ako viečko, prípadne dno škatuľky, vyrobenej zvinutím papiera.

Príklad 2

Zmieša sa 1 kg propionátu celulózy v podobe granúl s 1 kg prírodného zemiakového práškového škrobu. Vzniknutá zmes sa zahrieva do takej miery, že propionát celulózy zmäkne, potom sa granuluje. Získaný granulát sa nasype do vstrekovacieho zariadenia a vytvaruje do tvarových kusov, ktoré sú vhodné ako viečka alebo dná škatuliek, vyrobených zvinutím papiera.

Príklad 3 kg acetátu celulózy sa rozpustí v 9 kg acetónu. K vzniknutému roztoku sa pridá 1 kg prírodného škrobu. Získaný organosól sa rozleje a acetón sa odparí. Vznikne, fólia s dobrými pevnostnými vlastnosťami.

Príklad 4

Odbúrateľnosť plastických hmôt sa skúša pri pokuse, zahŕňajúcom ich zahrabanie do zeme. S týmto cieľom sa do zeme zahrabe skúšobné teliesko s rozmermi 45 x 22 x x 2 mm, ktoré pozostáva z hliníkového jadra a vrstvy skúmanej, biologicky odbúrateľnej plastickej hmoty. Zem má toto zloženie:

Biologicko-organický uhlík 29,0 %

Organický dusík 0,2 %

Organické látky 50,0 % pH 5,5 - 6,5

Odpor (vodivosť) 2000 ohmov

Sušina brutto-hmotnosti 37,0 % (skladá sa z rašeliny, získanej pri melioračných prácach, a z rastlinných produktov) Organický podiel brutto-hmotnosti 20,0 %

Nasiakavosť 600,0 %

Zvyšok tvorí piesok a voda.

Pokus sa uskutočňuje pri teplote približne 20 °C. V časových intervaloch sa zisťuje úbytok hmotnosti vzorky, to znamená úbytok na 1 nfi povrchu. Pokus sa uskutočňuje s týmito polymémymi materiálmi: acetátom celulózy (CA), propionátom celulózy (CP), acetobutyrátom celulózy (CAB) a polykaprolaktónom (PCL - na porovnanie), ako vždy tiež s kombináciou odbúrateľného materiálu so škrobom (materiál podľa vynálezu). Výsledky sú evidentné z pripojených diagramov na obr. 1 až 4.

Na obr. 1 je zobrazený diagram, znázorňujúci závislosť úbytku hmotnosti (Δ m v mg) skúšobných teliesok, povlečených (1) samotným acetátom celulózy (CA) a (2) acetátom celulózy v kombinácii s 50 % škrobu, od doby ich zahrabania v zemi (vyjadrené počtom dní).

Na obr. 2 je zobrazený diagram, znázorňujúci závislosť úbytku hmotnosti (Δ m v mg) skúšobných teliesok, povlečených (3) samotným propionátom celulózy (CP) a (4) propionátom celulózy v kombinácii s 50 % škrobu, od doby ich zahrabania v zemi (vyjadrené počtom dní).

Na obr. 3 je zobrazený diagram, znázorňujúci závislosť úbytku hmotnosti (Δ m v mg) skúšobných teliesok, povlečených (5) samotným acetobutyrátom celulózy (CAB) a (6) acetobutyrátom celulózy v kombinácii s 50 % škrobu, od doby ich zahrabania v zemi (vyjadrené počtom dní).

SK 279572 Β6

Na obr. 4 je zobrazený diagram, znázorňujúci závislosť úbytku hmotnosti (Δ m v mg) skúšobných teliesok, povlečených (7) samotným polykaprolaktónom (PCL) a (8) polykaprolaktónom v kombinácii s 50 % škrobu, od času ich zahrabania v zemi (vyjadrené počtom dní).

V týchto diagramoch je úbytok hmotnosti vždy vynesený v závislosti od doby zahrabania skúšobných teliesok v zemi (čas je vyjadrená počtom dní). Z porovnania diagramov vyplýva, že kombinácia biologicky odbúrateľného materiálu podľa vynálezu so škrobom vykazuje vynikajúcu mieru odbúrania, ktorá je oveľa väčšia v porovnaní s mierou odbúrania samotného derivátu celulózy. Výsledky, dosiahnuté s jednotlivými samotnými derivátmi celulózy, prípadne s ich kombináciami s 50 % škrobu, sú znovu zostavené v diagrame na obr. 5.

Obr. 5 zobrazuje diagram, znázorňujúci mieru odbúrania (úbytok hmotnosti v g/mTrok) pre jednotlivé materiály označené (1) až (8), pričom (1) znamená vzorku, povlečenú samotným acetátom celulózy (CA), (2) vzorku, povlečenú acetátom celulózy v kombinácii s 50 % škrobu, (3) znamená vzorku, povlečenú samotným propionátom celulózy (CP), (4) znamená vzorku, povlečenú propionátom celulózy v kombinácii s 50 % škrobu, (5) znamená vzorku, povlečenú samotným acetobutyrátom celulózy (CA), (6) znamená vzorku, povlečenú acetobutyrátom celulózy v kombinácii s 50 % škrobu, (7) znamená vzorku, povlečenú samotným polykaprolaktónom (PCL) a (8) znamená vzorku, povlečenú polykaprolaktónom v kombinácii s 50 % škrobu.

5. Spôsob výroby biologicky odbúrateľného materiálu podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa t ý m , že sa biologicky odbúrateľná plastická hmota roztaví, zároveň alebo následne sa pridá škrob alebo nemodiflkovaná celulóza, vzniknutá zmes sa granuluje a granulát sa potom tvaruje obvyklým spôsobom

6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa t ý m , že sa plastická hmota zmieša so škrobom prípadne s nemodifikovanou celulózou a plastická hmota sa roztaví v prítomnosti škrobu, prípadne nemodifikovanej celulózy.

7. Spôsob podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujú c i sa t ý m , že sa tvarovanie uskutočňuje lisovaním, vstrekovacím liatím alebo vytláčaním.

8. Spôsob výroby biologicky odbúrateľného materiálu podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa t ý m , žc sa biologicky odbúrateľná plastická hmota rozpustí v rozpúšťadle, nerozpúšťajúcom škrob, k roztoku sa potom pridá škrob a vzniknutý organosól sa tvaruje o sebe známym spôsobom

9. Spôsob podľa nároku 8, vyznačujúci sa t ý m , že sa organosól tvaruje natieraním, liatím, nanášaním stierkou alebo striekaním pri odparení rozpúšťadla.

10. Použitie biologicky odbúrateľného materiálu podľa nárokov 1 až 4 na balenie potravín, kozmetických prostriedkov a čistiacich prostriedkov.

výkresov

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Biologicky odbúrateľný materiál, obsahujúci 30 až 85 % hmotnosti biologicky odbúrateľnej plastickej hmoty na báze polysacharidu a 15 až 70 % prírodného škrobu alebo nemodifikovanej celulózy, ktorý možno pripraviť tak, že sa biologicky odbúrateľná plastická hmota roztaví pri teplote v rozmedzí od teploty topenia plastickej hmoty až asi do 240 °C, zároveň alebo následne sa pridá škrob, prípadne nemodifikovaná celulóza, pričom obsah vody v škrobe nepresahuje 20 %, získaná zmes sa granuluje a granulát sa potom obvyklým spôsobom tvaruje, alebo že sa biologicky odbúrateľná plastická hmota rozpusti v rozpúšťadle, nerozpúšťajúcom škrob, k roztoku sa potom pridá škrob a vzniknutý organosól sa tvaruje známym spôsobom.
2. Biologicky odbúrateľný materiál podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že biologicky odbúrateľnou plastickou hmotou je termoplastický derivát celulózy.
3. Biologicky odbúrateľný materiál podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že biologicky odbúrateľnou plastickou hmotou je acetát celulózy, propionát celulózy, butyrát celulózy, acetobutyrát celulózy alebo etylcelulóza.
4. Biologicky odbúrateľný materiál podľa nároku 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že ako prírodný škrob sa použije zemiakový škrob.