WO2002087841A2 - Verfahren zur herstellung eines formkörpers aus biologisch abaubarem material, insbesondere aus nachwachsenden rohstoffen sowie formkörper - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines formkörpers aus biologisch abaubarem material, insbesondere aus nachwachsenden rohstoffen sowie formkörper Download PDF

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Hans-Peter Schmauder
Christian Gass
Klaus-Peter HÖTZELDT
Reinhard Lindner
Christian Schaarschmidt
Hans-Jürgen STEIGER
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Compopure Stärke Ag
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • C08L3/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • C08L3/12—Amylose; Amylopectin; Degradation products thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a shaped body from biodegradable material, in particular from renewable raw materials, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a molded article according to this method.
  • Shaped bodies of the aforementioned type are used in particular in the fields of packaging, fast food sector, agriculture and horticulture and / or daily needs and are intended to combine application-specific properties with the aspect of environmentally friendly waste disposal management.
  • Basic formulations of such shaped articles contain starch, water and fibrous materials which are combined to form a composite by thermal pressure, e.g. be baked.
  • a viscous mass which contains biodegradable fiber material, water and starch.
  • This material is transferred to a fiber-starch compound in a closed baking pan while increasing the pressure through the partially controlled evaporation of the water during a baking process.
  • the baking process takes between 0.5 and 15 minutes and the temperature control includes values between 105 ° C and 300 ° C. Waste paper, recycled material, wood pulp and / or biodegradable fiber material are used as fiber sources.
  • the fiber bundle lengths are in the range of 0.5 and 50 mm.
  • the starch can be native or pre-pasted.
  • EP 0 850270 A1 protects a process for the production of moldings with a barrier layer made of biodegradable material.
  • the viscous mass used contains biodegradable fiber material with fiber bundle lengths of 0.5-50 mm, water and starch (native and / or pre-pasted).
  • the processing takes place through a baking process with partially controlled removal of the water during the baking process.
  • the molded body is provided with a biodegradable surface layer, which consists of plasticizer-free cellulose acetate and / or cellulose acetate propionate.
  • a film coating of the shaped body with a film based on polyester, polyester amide or polylactic acid is described.
  • the information on hydrophobization is based on known and commercially available materials which are used with customary technologies, such as surface coating and / or the addition of the coating materials to the special dough or in the baking process. Products with limited areas of application are created. Instructions for improving such processes and moldings, e.g. due to the use of water-soluble coating media, foamy, powdery, melted and / or foam-producing materials. This also applies to information on possible variations and / or the targeted influencing of the properties, the microstructures / shapes and possible changes in shape of the surfaces and the adjacent inner layers of the starch moldings. There is also a lack of information on the necessary process chain between the end of the baking process and the end of the coating, steps with a decisive influence on the process economy.
  • the cellulose derivatives used for coating usually contain solvents and achieve only limited hydrophobization and no oleophobicization. They show critical behavior, especially with hot media. Foil coatings are subject to long-term aging and shrinkage. This takes place in zones of the greatest change in shape, i.e. the maximum two- and three-dimensional tensions in the moldings, a lifting of the film from the moldings.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a process for the production of moldings from biodegradable material, in particular from renewable raw materials, and a molding by such a process which avoids the abovementioned disadvantages and the production of moldings with increased rigidity, creep resistance and temperature resistance allowed.
  • amylopectin ie starch and protein
  • amylose pure starch
  • amylopectin forming a loose, net-like structure which forms in the evaporation of the water content of the mass in a pressure-thermal process, such as in a baking process, inflates and solidifies.
  • Amylopectin is therefore property-determining due to its branched structures and its hydration properties. Its proportion in the starch within the starch fraction should preferably be in the range between 78% by weight and 85% by weight.
  • Amylose does not form any structures, but it serves the mechanical, dynamic strength of the molded body and limits its flow and expansion capacity, its share in the starch fraction is therefore not greater than 30%.
  • the pressure thermal manufacturing process e.g. baking in a closed baking pan is significantly influenced by the flow and expansion properties of the mass in the mold. These in turn depend to a large extent on the ratio between amylose and amylopectin in the starch fraction, regardless of whether native starch or pre-gelatinized starch is used.
  • Pre-gelatinizing of the starch can preferably be dispensed with if the free water contained in the starting mass is bound by thickeners.
  • the process is carried out using a mixture with fibrous materials, in particular vegetable fibers or paper raw materials, with a degree of grinding in the range from 0 ° to 35 °, preferably 5 ° to 35 °, in a proportion based on a dry matter of the starting mixture of 5% by weight to 60% .-%, and release agents and / or thickeners and / or hydrophobizing agents are added to the mixture and this is subjected to a mixing and / or kneading treatment before or after the pressure-thermal process.
  • fibrous materials in particular vegetable fibers or paper raw materials
  • the ratio of amylose to amylopectin within the starch fraction is preferably 15% by weight to 28% by weight and is a biological fiber fraction in a viscous mass of a starting mixture, based on the dry mass, in the range from 12% by weight to 30% by weight .-% intended.
  • Wood pulps are preferably used as fibrous materials, Wood pulp or paper dust and / or paper raw material (including cellulose fiber-containing recycling material) Use.
  • the process for producing the shaped bodies is preferably carried out as a pressure-thermal process, for example as a baking process, in closed molds.
  • a mixture or raw material is preferably used as the starting product, the fiber content of which is predominantly obtained from renewable raw materials or ingredients or products made from these materials.
  • the main components of the mixture are starch and fibers, which are used as individual components and / or a mixture of raw materials from plants and / or homogeneous plant raw materials and / or parts of plants.
  • the use of a biodegradable fiber material with a degree of grinding from 0 ° to 35 ° has a positive effect on the dimensional stability and creep resistance of the molded bodies. This increases and improves both the core strength of the molded body and the surface steepness thereof.
  • the fiber content of the biodegradable fiber material in the viscous mass, based on the dry mass, is preferably in the range from 12% by weight to 30% by weight.
  • specially processed paper pulp, processed or ground waste from fiber production, such as hemp shives and / or flax fiber residues can also be used, with an optimal fiber length in the known range between 0.5 mm and 50 mm.
  • yeast, yeast residues and / or oils are preferably added to the starting mixture, such additives also being suitable, a strength of the shaped body, which has a high proportion of starch, both in the core and in to ensure its outer skin.
  • a yeast addition is preferably in the range from 0.2 to 15% by weight, most preferably from 1 to 5% by weight, and can be carried out in solid form and / or as a suspension in water. In the latter case, all or part of the water required in the starting mixture can be replaced by a yeast suspension. It is also preferred to significantly reduce the fiber content through the use of yeast, for example brewer's yeast (in particular well below 15%, depending on the amount of yeast used). Further exemplary embodiments of the method according to the invention are set out in the remaining subclaims.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional representation of a shaped body with the designation of different strength / compression zones of the shaped body according to FIG. 1, FIG.
  • Fig. 4 shows a process flow for a surface treatment of the molded body.
  • exemplary embodiments for the production of a molded body with improved stability and service life properties and higher temperature resistance are given, with the preparation and content determination first the starting mixture is explained.
  • a mixture is prepared as a starting mixture, which essentially consists of a starch fraction with a predetermined proportion of amylopectin based on amylose and water and biodegradable fiber material.
  • a targeted influence on the flow and expansion behavior of this mass to be processed into the shaped body in a tool for example in the context of a baking process within a closed baking mold consisting of upper and lower tools (or another pressure-thermal process) is brought about by a certain amylose / amylopectin ratio is set in the starch fraction such that the proportion of amylopectin within the starch fraction is not less than 70% by weight.
  • the amylose / amylopectin ratio is set so that the starting mixture can fill a shaping tool uniformly and with low shear.
  • the amylopectin forms a loose, net-like structure that expands and solidifies when the water vapor relaxes in connection with the pressure-thermal shaping process.
  • the amylose does not form any structures, but serves the mechanical-dynamic strength of the molded body. Since it limits the flow and expansion capacity of the mass, its share within the starch fraction is set at not more than 30%.
  • Plants which allow one or more harvests per year and preferably grow in the Mediterranean, tropical or subtropical climate and which have advantageous cultivation properties can preferably be used for this purpose. Plants as well as isolated, homogeneous raw materials or plant parts can be used to obtain the fiber material. These materials can not only provide the required fiber and / or starch content, but also additives of various other polysaccharides.
  • Fibers e.g. from pure fibrous plants (or from cellulose fiber-containing semi-finished or finished products or waste or recycling products such as ground wood, wood pulp or paper dust), starch from starchy plants of any origin, fats and / or oils Sugar and / or other carbohydrates.
  • Plants that contain several of the raw materials mentioned are particularly interesting representatives of the plant world. Examples of such plants are: Ipomoea batatas, Manihot esculenta, Dioscorea species, Tacca le-ontopetaloides, Maranta arundinacea, Canna edulis, Canna spec, Colocasia esculenta, Xanthosoma sagittifolium, Nelumbo nucifera, Artocarocophyllus communus Miscanthus spec, Amaranthus spec, Thticum aestivum, Triticum spec, Oryza sativa, Zea mays, Sorghum spec, Solanum tuberosum, Metroxylon, Borassus, Arenga species, Phaseolus spec, Pisum spec, Helianthus spec, Cynara spec, wild plants different Regions, such as wild forms of grasses used today, other bulb-forming plants, nettle species, such as, for example,
  • preparations from the root area and / or fruit dressings has proven to be particularly advantageous, since particularly favorable concentrations of starch and / or other reserve polysaccharides are present in addition to fiber components in these parts of the plants, without the use being restricted to such parts of the plants.
  • Certain of the plants and / or plant parts used in the context of the present exemplary embodiment and / or more or less homogeneous fractions of the plant constituents allow the introduction of such components which stabilize the flow behavior and the stability of the mixture, such as, for example, locust bean gum.
  • the processing of such raw materials is possible without major problems in the cold preparation process.
  • the mixtures of different viscosity obtained in this way generally have a viscosity that is stable over a long period of time, which guarantees more favorable properties of the processing compound.
  • property-forming fillers and / or structure-influencing additional components for example micro-glass spheres and / or mineral fillers
  • the shape, structure and / or other properties of the biodegradable moldings made from predominantly renewable raw materials can be controlled.
  • Such property-forming fillers can be, for example, paraffins, paraffin derivatives, vegetable oils, oil products, presscakes from plant processing processes, esters, ethers and / or in turn special plant parts.
  • indigenous, Mediterranean, subtropical and / or tropical plants are also suitable as plants and / or parts of plants, such as leaves, fruits and / or other parts provided with wax protection layers, some of which also permit several harvests per year.
  • wax-producing plants such as Myrica spec, Simmondsia californica, Simmondsia spec, Rhus spec, Musa spec, Calathea spec, Euphorbia spec, Syagrus coronata, Copemica cerifera, Saccharum spec, Sorghum spec, as well as fruits and / or leaves of other plants.
  • the cheapest con- The concentration of such property-forming fillers is in the range between 0.01 and 8%, preferably 0.1 to 3%.
  • the premix has a proportion of approximately 3% by weight to 8% by weight, based on the dry weight of the starting material.
  • the premix preferably forms an approach consisting of a lubricant with a proportion of 0.5% by weight to 20% by weight, preferably 2% by weight, a viscosity and flowability influencing agent in a proportion of 3% by weight. up to 7% by weight, preferably 3.2% by weight, and the rest of the starch (or starch fraction).
  • the initial mass is prepared indirectly, i.e. two-stage, namely
  • the mass produced in this way can be stably processed over a very long processing time.
  • the initial mass prepared in this way can be stably processed over several hours if the edge areas of the mass are prevented from drying out by covering. It is possible to work up superimposed (too dry) mass by adding and kneading water.
  • FIG. 3 A process diagram stating the preferred time sequence of the process for preparing the starting mass is shown in FIG. 3.
  • a pressure-thermal shaping process in particular a baking process in a closed baking mold, follows as is known from the prior art.
  • the baking mold preferably has ventilation channels running tangentially or radially to the mold cavity, the cross-sectional dimensioning of which, optionally also controlled, can be provided to adjust the pressure conditions within the baking mold in order to promote and ensure a desired density distribution with regard to the cross-sectional structure of the molded body.
  • Such a baking process is carried out in a conventional manner for 3 to 18 minutes (including dosing and shaping), optimally 3 to 10 minutes. This is followed by conditioning (ie setting the residual moisture) of the molded body and / or a hydrophobic or oleophobic surface treatment by using appropriate coatings, which can also be carried out by controlled diffusion, as will also be explained in detail below, in particular with reference to FIG. 4 is explained.
  • a final, environment-tight packaging of the molded body leads to the fact that a residual moisture set in the conditioning step to achieve a high stability of the molded body, regardless of the environmental conditions in which the molded body is exposed during transport or storage, this condition and thus a high quality up to Maintains consumption or practical use.
  • a selected recipe for the starting mass can have the following composition:
  • the pressure-thermal process e.g. baking in a closed baking mold with ventilation channels, e.g. tangential orientation to the mold cavity
  • the pressure-thermal process is significantly influenced by the flow and expansion properties of the mass in the tool. These properties are determined in particular by the ratio between amylose and amylopectin in the starch or starch fraction (starch mixture), regardless of whether the starch is used natively or pre-gelatinized.
  • Amylopectin plays a special role due to its branched structures and its hydration properties. Therefore, its share in relation to the star ke are not less than 70%, preferably in the range between 78 and 85%.
  • Pre-gelatinization of the starch is particularly unnecessary if the free water of the starting mass is bound by certain thickeners.
  • Fibers can preferably be used as plant fibers or as paper raw materials (including recycling) and suitable waste products.
  • fibers from the paper and / or cardboard industry for example with a degree of grinding of 0 - 35 °, have a positive effect on the quality of the products, such as dimensional stability and creep resistance.
  • Various types of wood pulp, wood pulp and paper dust in customary and / or special preparation forms, but also other fiber materials, such as cotton flax or hemp fibers, are suitable as such fiber materials.
  • the core strength and surface stiffness are increased.
  • the course of strength and compression of the cross section of a starch shaped body according to the previously explained method corresponds to a "bathtub curve" shown schematically in FIG. 1.
  • FIG. 2 shows a distribution of strength and compression based on a cross section of the molded body in connection with a schematic cross-sectional illustration in FIG. 2.
  • a central inner region of the shaped body is characterized by an essentially porous, undensified core region made of fiber and starch material, to which, on the one hand, a first outer skin zone 2 with a relatively coarse crystalline, solid-pored structure adjoins (preferably in the case of articles of daily use), which, further out , in a closed thin outer skin 4 homogeneous structure.
  • a second, lower outer skin zone adjoins this (on the bottom side in the case of articles of daily use), which compresses and smoothes and preferably externally with smoothing agents, such as waxes, organic oils, deeply treated and / or in thin crystalline form, solid-pored structures is formed.
  • smoothing agents such as waxes, organic oils, deeply treated and / or in thin crystalline form, solid-pored structures
  • the moldings produced with such techniques have greater strength values of the outer skin compared to the core and therefore a better rigidity of the starch molded body:
  • the pure fiber-starch-pore-containing structure present in the core is enclosed by a fiber-starch molecular-chain to - crystalline mixed structure (outer skin zone 2, 3 in Fig. 1 and 2), on which at least partially a pure molecular chain to crystalline thin layer (outer skin 4) builds.
  • the mixed and thin-layer structures 2, 3, 4 can be IR and / or UV cured.
  • Micro-glass balls and / or color pigments can be embedded in the thin-layer structure (outer skin 4) as property-forming fillers. Such storages can change the properties of use in a lasting positive way.
  • FIG. 2 shows an example of the cross-sectional structure of a starch molded body.
  • the proportion of fibers in the viscous mass, based on the dry mass, is in the range 5-60%, preferably 12-30%.
  • processed / ground waste from fiber production such as hemp shives and / or linen fiber residues can also be used.
  • the optimal fiber length is in the known range between 0.5 and 50 mm.
  • yeast, yeast residues and / or oils as renewable raw materials in the dough can significantly increase the hydrophobicity.
  • Such additives are also suitable for significantly increasing the strength of the molded starch bodies both in the core and in the outer skin.
  • the yeast addition should be in the range of 0.2 to 15% by weight, preferably 1-5%.
  • the yeast can be added in solid form and / or as a suspension in water. In the latter variant, all or part of the water required can be replaced by yeast suspension. It was also observed that the use of yeast, for example brewer's yeast, can significantly reduce the fiber content (sometimes well below 15% depending on the yeast used).
  • Additions of vegetable (or animal) fats or products made of them or chemical derivatives can have a significantly positive effect on the quality and degree of hydrophobization. It is known that waxes, paraffins, stearates and their salts are particularly suitable for such applications.
  • the concentrations are between 0.5 and 5% of the dry matter, preferably 0.5-2%.
  • waxes, paraffins, shellac, cellulose acetates and polylactic acid (PLA) can be used, for example.
  • PLA polylactic acid
  • Micro-coatings are also possible.
  • the fact that a cold-guided process can be used to produce the viscous mass is particularly significant. This also increases the stability of the mixture, so that the masses can be produced at different times before the thermal process and the workflow can be made more rational and safer.
  • the starch moldings contain a residual moisture of approx. 3-8%. This residual moisture is in equilibrium with the normal air humidity and then contains between 12 and 16% moisture. If this process is carried out in an uncontrolled manner, this can lead to deformations - particularly in the case of subsequent coating. For this reason, conditioning is connected after the moldings have been removed from the baking mold. For this purpose, the moldings are conditioned to the required moisture content. Such conditioning is necessary to avoid warping and to increase flexibility and elasticity.
  • the process control allows a safe coating of the starch moldings with a significant improvement in the properties and the time behavior.
  • the water absorption capacity between 2 and 15% prevents major changes in shape in surface and geometry.
  • An optimized design of the "complex surface treatment” process chain ensures smoother and more homogeneous surface layers with fewer defects, such as pores, "free” starch particles, but with higher strength in relation to the foamy core. Due to the specific amylose proportions mentioned and a special design of the tool surfaces, adapted to the material to achieve a minimization of the deformability of the starch molded article and the material properties, especially in the surface area after the thermal treatment, the surface and the layer below it are treated by the controlled one Diffusion during the formation of the "bathtub curve" or by partial entry and / or application of suitable fillers and / or application materials and / or other materials such as final coating materials by physical and / or chemical contactless treatment of the surface and the zone near the surface with, for example, high-energy media, for example ultrasound, heat, IR and / or UV radiation, which lead to additional mergers and / or hardening and / or reduction of "free” starch particles and of caramelization and / or to form "verbun dmolecules
  • Example 4 The illustration of a possible process chain "surface treatment" can be found in Example 4.
  • An essential aspect of the present solution is the targeted influence on the flow and expansion behavior of the mass to be processed in the tool by specifying and adjusting certain amounts of amylose / amylopectin in the starch fraction of the mass. This enables process and product security that has not been achievable so far, e.g. B. at
  • Fig. 4 illustrates an embodiment for a surface treatment of the pressure-thermally produced, e.g. baked shaped body, whereby in phase I measures for the basic setting of the macro surface of the starch shaped body are shown in a smoothing and compression, which on the one hand are mass-related (production of a dough mixture in the aforementioned amylose / amylopectin ratio + lubricant) or are tool-related, e.g. by appropriate coating or friction-reducing treatment or coating of a tool surface of a baking mold used for baking the shaped body, e.g. by spraying on fuel such as wax, oil or the like.
  • mass-related production of a dough mixture in the aforementioned amylose / amylopectin ratio + lubricant
  • tool-related e.g. by appropriate coating or friction-reducing treatment or coating of a tool surface of a baking mold used for baking the shaped body, e.g. by spraying on fuel such as wax, oil or the like.
  • the remaining phases relate to a surface treatment after the molding process, e.g. conditioning by artificial aging or additional surface cross-linking by high-energy radiation, which also includes superficial storage of fillers (phase III).
  • phase V which provides for coating and forming a highly resistant top layer, for example by (additional) dipping, spraying or foaming, as well as the possibility of powder coating or vapor deposition of the surface with temperature-resistant, water-repellent materials.
  • the invention provides a method and a molded body which allow, with due regard to the biodegradability of the product (environmental compatibility), to achieve higher performance properties than previously with regard to water or temperature resistance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, insbesondere aus nachwachsenden Rohstoffen, in einem druckthermischen Verfahren unter Einsatz von biologischen Faserstoffen, insbesondere Cellulosefasern, Wasser und Stärke, wobei ein Anteil von Amylopektin innerhalb einer Stärkefraktion nicht unter 70 Gew.-% liegt (Amylose bis zu 30%), Faserstoffe mit einem Ausmahlgrad im Bereich bis 35 DEG in einem Anteil bezogen auf eine Trockenmasse des Gemisches von 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% eingesetzt, und Trenn -und/oder Verdickungsmittel und/oder hydrophobierende Mittel dem Gemisch zugegeben und dieses vor dem druckthermischen Verfahren einer Misch- und/oder Knetbehandlung unterzogen wird. Die Erfindung betrifft ferner einen nach diesem Verfahren hergestellten Formkörper.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, insbesondere aus nachwachsenden Rohstoffen sowie Formkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, insbesondere aus nachwachsenden Rohstoffen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Erfindung betrifft ferner einen Formkörper nach diesem Verfahren.
Formkörper der vorgenannten Art werden insbesondere in den Bereichen Verpackungsmittel, Fast-Food-Sektor, Landwirtschaft und Gartenbau und/oder täglicher Bedarf verwendet und sollen anwendungsspezifische Gebrauchseigenschaften mit dem Gesichtpunkt eines umweltschonenden Abfallbeseitigungsmanagement verbinden.
Weltweit besteht daher ein Bedarf an Materialien, die sowohl den Gebrauchsanforderungen genügen als auch biologisch abbaubar sind und deren Abbau in relativ kurzen Zeiträumen, beispielsweise durch Kompostierung, möglich ist. Die erreichbaren Applikationsfelder und die benötigten Eigenschaften der Formkörper sowie das für eine universelle Anwendung notwendige niedrige Preisniveau verlangen im Interesse der Umwelt den verstärkten Einsatz von biologisch abbaubaren Produkten, vorzugsweise aus nachwachsenden Rohstoffen (beispielsweise Zellulosefasern).
Grundrezepturen solcher Formkörper enthalten Stärke, Wasser und Faserstoffe, die zu einem Verbund druckthermisch verbunden, z.B. verbacken werden.
Über verschiedene Möglichkeiten der Zusammensetzung von Mischungen, die für einen Backprozess bei der Herstellung von Formkörpern geeignet sind, sind verschiedene Patentanmeldungen und Patente publiziert (WO 91/12186, WO 95/15698, WO 95/15894, WO 95/20628, WO 96/03886, WO 96/23026, WO 97/0293 und DE 44 022 84). Als Hauptkomponenten der Grundrezepturen werden Wasser, Stärke, Trennmittel, Verdickungsmittel, Faserstoffe, Füllstoffe, Pflanzenmehle und andere komplexe Mischungen, Konservierungsmittel, Antioxidantien, Feuchthaltemittel, Färbemittel und Beschichtungen beschrieben. In der EP 0 741 761 A1 ist die Herstellung von Formkörpern aus biologisch abbaubarem Material beschrieben. Hierzu wird eine viskose Masse eingesetzt, die biologisch abbaubares Fasermaterial, Wasser und Stärke enthält. Dieses Material wird in einer geschlossenen Backform unter Druckerhöhung durch das teilweise gesteuerte Ausdampfen des Wassers während eines Backprozesses in einen Fasermaterial-Stärke-Verbund überführt. Die angegebenen Mischungsverhältnisse liegen in einem Bereich von Stärke: Fasermaterial = 15 - 200 Gew.-%. Der Backprozess dauert zwischen 0,5 und 15 Minuten und die Temperaturführung beinhaltet Werte zwischen 105°C und 300°C. Als Faserquellen werden Altpapier, Recyclingmaterial, Holzschliff und/oder biologisch abbaubares Fasermaterial verwendet. Die Faserbündellängen liegen im Bereich von 0,5 und 50 mm. Die Stärke kann nativ oder vorverkleistert sein.
Die EP 0 850270 A1 schützt ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit Barriereschicht aus biologisch abbaubarem Material. Auch in dieser Lösung enthält die eingesetzte viskose Masse biologisch abbaubares Fasermaterial mit Faserbündellängen von 0,5 - 50 mm, Wasser und Stärke (nativ und/oder vorverkleistert). Die Verarbeitung erfolgt durch einen Backprozess mit teilweise gesteuerter Entfernung des Wassers beim Backvorgang. Zur Imprägnierung wird der Formkörper mit einer biologisch abbaubaren Randschicht versehen, die aus weichmacherfreiem Celluloseacetat und/oder Cellulose- acetatpropionat besteht. Weiterhin ist eine Filmbeschichtung des Formkörpers mit einer Folie auf der Basis von Polyester, Polyesteramid oder Polymilchsäure beschrieben.
Allerdings fehlen in diesen Lösungen Daten zur Zusammensetzung der Stärkefraktion, d.h. zur Relation Amylopektin: Amylose. Oftmals werden die Fasern nur aufbereitet eingesetzt. Diese Aufbereitungen verteuern zum Teil beträchtlich die Ersatzkosten der faserliefernden Anteile. Ein gemeinsamer Einsatz von einer integralen, gleichzeitig sowohl stärkeliefernden als auch faserliefernden Rohfraktionen natürlichen, biologisch abbaubaren Ursprungs ist nicht vorgesehen. Als Faserlieferanten werden vorrangig Papierschliff nicht näher genannter Aufbereitung, Rübenschnitzel und Holzschliff erwähnt. Der Aufbe- reitungsprozess für die Teigherstellung erfolgt unter Nutzung von nativen und/oder vorverkleisterten (Stärke)-Produkten und unter temperaturkontrollierten Bedingungen, durch die die erzielten viskosen Mischungen nur begrenzte Zeit stabil sind. Des Weiteren ist festzustellen, dass die nach den vorstehend genannten Verfahren hergestellten Stärke-Formkörper nur eine geringe Formsteifigkeit besitzen. Die Überzüge, z.B. mit Folien und/oder Wachsen, dienen nur der Hydrophobierung.
Die Angaben zur Hydrophobierung basieren auf bekannten und handelsüblichen Werkstoffen, die mit üblichen Technologien, wie beispielsweise Oberflächenbeschichtung und/oder der Zugabe der Beschichtungsmatenalien in den speziellen Teig bzw. im Backprozess, zur Anwendung kommen. Es entstehen Produkte mit begrenzten Anwendungsbereichen. Hinweise zur Verbesserung solcher Verfahren und Formkörper, z.B. durch Verwendung von wasserlöslichen Beschichtungsmedien, schaumigen, pulverförmigen, aufgeschmolzenen und/oder schaumerzeugenden Materialien fehlen. Dies gilt auch für Angaben zu Variationsmöglichkeiten und/oder zur gezielten Beeinflussung der Eigenschaften, der Mikrostrukturen/-formen und zu möglichen Formänderungen der Oberflächen und der daran angrenzenden Innenschichten der Stärke-Formkörper. Es fehlt ü- berdies an Angaben zur notwendigen Prozesskette zwischen dem Ende des Backvorganges und dem Ende der Beschichtung, Schritten mit entscheidendem Einfluss auf die Prozessökonomie.
Die zur Beschichtung verwendeten Cellulosederivate sind in der Regel lösemittelhaltig und erzielen nur begrenzte Hydrophobierungen und keine Oleophobierung. Sie zeigen ein kritisches Verhalten vor allem bei heißen Medien. Folienbeschichtungen unterliegen einer Langzeitalterung und Schrumpfung. Damit erfolgt in Zonen der größten erfolgten Formänderung, d.h. der maximalen zwei- und dreidimensionalen Spannungen in den Formkörpern, ein Abheben der Folie von den Formkörpern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus biologisch abbaubarem Material, insbesondere aus nachwachsenden Rohstoffen sowie einen Formkörper nach einem solchen Verfahren anzugeben, das bzw. der die vorgenannten Nachteile vermeidet und die Herstellung von Formkörpern mit erhöhter Formsteifigkeit, Zeitstandfestigkeit und Temperaturfestigkeit gestattet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einen Formkörper mit den Merkmalen des Anspruches 20 gelöst. Es wurde gefunden, dass innerhalb der Stärkefraktion der Anteil von Amylopektin, d.h. von Stärke und Protein, zu Amylose (reiner Stärke) wesentlich ist für die gewünschten Formstabilitäts- und Standfestigkeitseigenschaften des Formkörpers, wobei das Amylopektin eine lockere, netzartige Struktur bildet, die sich bei der Ausdampfung des Wasseranteiles der Masse in einem druckthermischen Prozess, wie z.B. in einem Backprozess, aufbläht und verfestigt. Amylopektin ist daher aufgrund seiner verzweigten Strukturen und seiner Hydratationseigenschaften eigenschaftsbestimmend. Sein Anteil in der Stärke innerhalb der Stärkefraktion sollte vorzugsweise im Bereich zwischen 78 Gew.-% und 85 Gew.-% liegen.
Amylose bildet keine Strukturen, dient aber der mechanisch, dynamischen Festigkeit des Formkörpers und schränkt die Fließ- und Expansionsfähigkeit ein, ihr Anteil innerhalb der Stärkefraktion ist daher nicht größer als 30 %.
Der druckthermische Herstellungsprozess, z.B. das Backen in einer geschlossenen Backform, wird maßgeblich durch die Fließ- und Expansionseigenschaften der Masse im Werkzeug beeinflusst. Diese wiederum hängen in besonderem Maße von dem Verhältnis zwischen Amylose und Amylopektin in der Stärkefraktion ab, unabhängig davon, ob als Stärke native Stärke oder vorverkleisterte Stärke zum Einsatz kommt. Auf eine Vor- verkleisterung der Stärke kann vorzugsweise dann verzichtet werden, wenn das in der Ausgangsmasse enthaltene freie Wasser durch Verdickungsmittel gebunden ist.
Das Verfahren wird unter Verwendung einer Mischung mit Faserstoffen, insbesondere Pflanzenfasern oder Papierrohstoffen mit einem Ausmahlgrad im Bereich von 0° bis 35°, vorzugsweise 5° - 35°in einem Anteil bezogen auf eine Trockenmasse des Ausgangsgemisches von 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% verwendet, und es werden Trenn- und/oder Verdickungsmittel und/oder hydrophobierende Mittel dem Gemisch beigegeben und dieses vor dem druckthermischen Verfahren naß oder trocken einer Misch- und/oder Knetvorbehandlung unterzogen.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Amylose zu Amylopektin innerhalb der Stärkefraktion 15 Gew.-% bis 28 Gew.-% und ist ein biologischer Faseranteil in einer viskosen Masse eines Ausgangsgemisches, bezogen auf die Trockenmasse, im Bereich von 12 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorgesehen. Als Faserstoffe finden vorzugsweise Holzzellstoffe, Holzschliff oder Papierstaub und/oder Papierrohstoff (einschl. cellulosefaserhaltigem Recyclingmaterial) Verwendung. Vorzugsweise wird das Verfahren zur Herstellung der Formkörper als druckthermisches Verfahren, z.B. als Backprozess, in geschlossenen Formen durchgeführt. Hierbei wird vorzugsweise als Ausgangsprodukt ein Gemisch bzw. eine Rohmasse eingesetzt, die hinsichtlich ihres Faseranteiles überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen oder Inhaltsstoffen bzw. Produkten aus diesen Materialien gewonnen wird. Hauptkomponenten des Gemisches sind Stärke und Fasern, die als Einzelkomponenten und/oder Rohstoffmischung aus Pflanzen und/oder homogenen Pflanzenrohstoffen und/oder Pflanzenteilen eingesetzt werden. Die Verwendung eines biologisch abbaubaren Fasermateriales mit einem Ausmahlgrad von 0° bis 35° wirkt sich positiv auf die Formsteifigkeit und Zeitstandsfestigkeit der Formkörper aus. Hierdurch werden sowohl eine Kernfestigkeit des Formkörpers als auch eine Oberflächensteilϊgkeit desselben erhöht und verbessert.
Vorzugsweise liegt der Faseranteil des biologisch abbaubaren Fasermateriales in der viskosen Masse, bezogen auf die Trockenmasse, im Bereich von 12 Gew.-% bis 30 Gew.-%. Neben den vorgenannten, speziell aufbereiteten Papierfaserstoffen können auch aufbereitete oder gemahlene Abfälle der Faserherstellung, wie beispielsweise Hanfschäben und/oder Leinfaserreste, zum Einsatz kommen, wobei eine optimale Faserlänge im an sich bekannten Bereich zwischen 0,5 mm und 50 mm liegt.
Zur Verbesserung der Hydrophobie des Materiales werden vorzugsweise Hefe, Heferückstände und/oder Öle (d.h. ebenfalls nachwachsende Rohstoffe) dem Ausgangsgemisch beigeben, wobei überdies derartige Zusätze auch geeignet sind, eine Festigkeit des Formkörpers, der einen hohen Stärkeanteil besitzt, sowohl im Kern als auch in seiner Außenhaut zu gewährleisten. Ein Hefezusatz liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 15 Gew.-%, höchst vorzugsweise bei 1 bis 5 Gew.-% und kann in fester Form und/oder als Suspension in Wasser erfolgen. In letzterem Fall kann das in der Ausgangsmischung erforderliche Wasser ganz oder teilweise durch eine Hefesuspension ersetzt werden. Es wird ferner bevorzugt, durch den Einsatz von Hefe, beispielsweise Bierhefe, den Faseranteil deutlich zu reduzieren (insbesondere deutlich unter 15 %, in Abhängigkeit von der Menge der eingesetzten Hefe). Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Festigkeits-Λ/erdichtungsdiagramm über einen Querschnitt eines Formkörpers,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Formkörpers unter Bezeichnung verschiedener Festigkeits-/Verdichtungszonen des Formkörpers nach Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Verfahrensablauf zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers, und
Fig. 4 einen Verfahrensablauf für eine Oberflächenbehandlung des Formkörpers.
Unter Hinweis auf den Verfahrensablauf gemäß Fig. 3 werden Ausführungsbeispiele zur Herstellung eines Formköφers mit verbesserten Stabilitäts- und Standzeitseigenschaften sowie höhere Temperaturbeständigkeit (z.B. für aus biologisch abbaubarem Material hergestellten Behältern zur Aufnahme heißer Flüssigkeiten, wie z.B. Suppen) angegeben, wobei zunächst die Vorbereitung und Inhaltsbestimmung der Ausgangsmischung erläutert wird.
Als Ausgangsmischung wird ein Gemisch vorbereitet, das im wesentlichen aus einer Stärkefraktion mit einem vorbestimmt festgelegten Anteil von Amylopektin bezogen auf Amylose und Wasser sowie biologisch abbaubarem Fasermaterial besteht. Dabei wird eine gezielte Einflussnahme auf das Fließ- und Expansionsverhalten dieser zu dem Formkörper zu verarbeitenden Masse in einem Werkzeug, z.B. im Rahmen eines Backprozesses innerhalb einer geschlossenen, aus Ober- und Unterwerkzeug bestehenden Backform (oder eines anderen druckthermischen Prozesses) dadurch bewirkt, dass ein bestimmtes Amylose/Amylopektin-Verhältnis in der Stärkefraktion eingestellt wird, derart, dass der Anteil von Amylopektin innerhalb der Stärkefraktion nicht unter 70 Gew.-% liegt. Dies gestattet eine Optimierung des Stärke-Wasser-Verhältnisses und wasserbindender Inhaltstoffe der Ausgangsmischung (z.B. von Verdickungsmitteln) oder eine Vorverkleis- terung der Stärke durch eine gezielte Temperaturführung der Masse, obwohl eine Kalt- Verarbeitung zu deutlich längeren Verwendbarkeitszeiträumen führt und deshalb bevorzugt wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Amylose/Amylopektin-Verhältnis so eingestellt, dass das Ausgangsgemisch ein Formgebungswerkzeug gleichmäßig und mit geringer Scherung ausfüllen kann. Das Amylopektin bildet dabei eine lockere, netzartige Struktur, die sich bei Entspannung des Wasserdampfes in Verbindung mit dem druckthermischen Formgebungsprozess aufbläht und verfestigt. Die Amylose hingegen bildet dagegen keine Strukturen, dient aber der mechanisch-dynamischen Festigkeit des Formkörpers. Da sie die Fließ- und Expansionsfähigkeit der Masse einschränkt, wird ihr Anteil innerhalb der Stärkefraktion auf nicht mehr als 30 % festgelegt.
Am Beginn der Massebildung steht ferner die Auswahl einer geeigneten Stärkequelle, wobei die Auswahl entsprechender Pflanzen, die als Stärke-/ oder Faserlieferant zum Einsatz kommen können (bzw. Verarbeitungsprodukte solcher cellulosefaserhaltigen Pflanzen) von besonderer Bedeutung ist.
Vorzugsweise können hierfür Pflanzen dienen, die eine oder mehrere Ernten pro Jahr gestatten und vorzugsweise im mediterranen, tropischen oder subtropischen Klima wachsen und vorteilhafte Kultivationseigenschaften zeigen. Für die Gewinnung des Fasermateriales können sowohl Pflanzen, als auch aus denen isolierte, homogene Rohstoffe oder auch Pflanzenteile verwendet werden. Dabei können diese Materialien nicht nur den benötigten Faser- und/oder Stärkeanteil, sondern auch Zusätze verschiedener anderer Polysaccharide liefern.
Als Rohstoffe pflanzlicher Herkunft, die von besonderem Interesse für die Bildung einer Ausgangsmasse zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Formköφers sind, bieten sich an:
Fasern, z.B. von reinen Faserpflanzen (oder aus cellulosefaserhaltigen Halbzeugoder Fertigprodukten bzw. Abfall- oder Recyclingprodukten, wie Holzschliff, Holzzellstoff oder Papierstaub), Stärke aus stärkehaltigen Pflanzen jeder Herkunft, Fette und/oder Öle Zucker und/oder andere Kohlenhydrate.
Besonders interessante Vertreter der Pflanzenwelt sind Pflanzen, in denen mehrere der genannten Rohstoffe enthalten sind. Als solche Pflanzen bieten sich beispielsweise folgende Vertreter an: Ipomoea batatas, Manihot esculenta, Dioscorea species, Tacca le- ontopetaloides, Maranta arundinacea, Canna edulis, Canna spec, Colocasia esculenta, Xanthosoma sagittifolium, Nelumbo nucifera, Artocarpus communis, Artocarpus hete- rophyllus, Miscanthus spec, Amaranthus spec, Thticum aestivum, Triticum spec, Oryza sativa, Zea mays, Sorghum spec, Solanum tuberosum, Metroxylon-, Borassus-, Arenga- Arten, Phaseolus spec, Pisum spec, Helianthus spec, Cynara spec, Wild-pflanzen verschiedener Regionen, wie beispielsweise Wildformen von heute genutzten Gräsern, andere knollenbildende Pflanzen, Nesselarten, wie beispielsweise Urtica dioica oder Ur- tica spec, Cannabis spec, Bambusarten (Bambusa spec, Phyllostachus spec, Chimo- nobambus spec, Dendrocalamus spec, Cephalostachys spec.) und/oder Zuckerrohr (Saccharum officinarum). Diese kursorische Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei der Einsatz von Präparationen aus dem Wurzelbereich und/oder Fruchtverbänden, da in diesen Teilen der Pflanzen besonders günstige Konzentrationen an Stärke und/oder anderen Reservepolysacchariden neben Faseranteilen vorliegen, ohne dass die Verwendung auf solche Pflanzenteile beschränkt wird .
Als überraschend wirksam haben sich beim Einsatz der beschriebenen Präparationen mit bzw. aus Pflanzen und deren komplexer Rohstoffe die beobachteten Eigenschaften einiger universell vorkommender Pflanzeninhaltsstoffe, wie beispielsweise Stärke, Proteine, Kohlenhydrate und/oder Emulgatoren, zur bessern Vermischung der Komponenten erwiesen, unter den eingesetzten druckthermischen Bedingungen zu vernetzen und somit während dieses druckthermischen Prozesses oder unmittelbar danach zur Stabilisierung der Formkörper beizutragen. Derartige Stabilisationseffekte wurden bislang noch nicht beobachtet und sind von besonderer Bedeutung für die Herstellung der biologisch abbaubaren Formkörper aus vorwiegend nachwachsenden Rohstoffen. In allen bisher beschriebenen Technologien zur Herstellung der Teigmischungen und zur Nutzung von Backprozessen als besonderer Form eines druckthermischen Herstellungsprozesses wurden die Mischungen durch Warmaufbereitungsprozesse gewonnen, bei denen vor und/oder während der Mischungsherstellung die Stärke gelatinisiert, vorgequollen und/oder spezialbehandelt wurde. Es wurden auch chemisch gewonnene Derivate der Stärke oder Quellstärken mit kalter Masseführung eingesetzt. Derartige Massen zeigen allerdings eine deutlich limitierte Stabilität, da in der Regel schon nach wenigen Stunden die Stabilität der Mischung nachlässt und eine schnelle Verarbeitung notwendig ist. Durch eine bevorzugte Kaltaufbereitung der Ausgangsmischung unter Einsatz von beispielsweise Xanthanen, anderen Stabilitätsgebenden Polysaccha den und/oder Pektinen kann dieser vorbeschriebene Nachteil vermieden werden. Bestimmte der im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispieles eingesetzte Pflanzen und/oder Pflanzenteile und/oder mehr oder weniger homogene Fraktionen der Pflanzeninhaltsstoffe erlauben die Einbringung derartiger das Fließverhalten und die Stabilität der Mischung stabilisierender Komponenten wie beispielsweise auch Johannisbrotkernmehl. Die Verarbeitung derartiger Rohstoffe ist ohne größere Probleme im Kaltaufberei- tungsverfahren möglich. Die so gewonnenen Mischungen verschiedener Viskosität besitzen in der Regel eine über mehrere Tage langzeitstabile Viskosität, die günstigere Eigenschaften der Verarbeitungsmasse garantiert.
Durch den Zusatz von eigenschaftsbildenden Füllstoffen und/oder strukturbeeinflussenden Zusatzkomponenten, z.B. Mikroglaskugeln und/oder mineralische Füllstoffe, kann die Form, Struktur und/oder andere Eigenschaften der biologisch abbaubaren Formkörper aus vorwiegend nachwachsenden Rohstoffen gesteuert werden. Derartige eigenschaftsbildende Füllstoffe können beispielsweise Paraffine, Paraffinderivate, pflanzliche Öle, Ölprodukte, Presskuchen aus Pflanzenverarbeitungsprozessen, Ester, Ether und/oder wiederum spezielle Pflanzenteile sein. Als Pflanzen und/oder Pflanzenteile, wie beispielsweise Blätter, Früchte und/oder andere mit Wachsschutzschichten versehene Teile bieten sich ebenfalls einheimische, mediterrane, subtropische und/oder tropische Pflanzen an, die auch teilweise mehrere Ernten pro Jahr gestatten. Zu erwähnen wären neben anderen wachsliefernde Pflanzen, wie beispielsweise Myrica spec, Simmondsia californica, Simmondsia spec, Rhus spec, Musa spec, Calathea spec, Euphorbia spec, Syagrus coronata, Copemica cerifera, Saccharum spec, Sorghum spec, sowie Früchte und/oder Blätter von anderen Pflanzen. Die erfindungsgemäß günstigste Kon- zentration derartiger eigenschaftsbildender Füllstoffe liegt im Bereich zwischen 0,01 und 8 %, vorzugsweise 0,1 bis 3 %.
Das Verfahren soll nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert werden.
In einem ersten Beispiel wird eine Rezeptur- und VeraΦeitungsvorschrift zur Herstellung dünnwandiger Stärke-Formkörpern beschrieben.
Die nachstehende Rezeptur bezieht sich auf eine fertige, veraΦeitbare Masse:
■ Prämix 5,3 %
■ Stärke 29 %
■ Wasser 55 %
■ Pflanzenfaser 10,7 %
Der Prämix hat einen Anteil von ca. 3 Gew.-% bis 8 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht der Ausgangsmasse. Der Prämix seinerseits bildet vorzugsweise einen Ansatz bestehend aus einem Gleitmittel mit einem Anteil von 0.5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 Gew.-%, einem Viskositäts- und Fließfähigkeits-Beeinflussungsmittel in einem Anteil von 3 Gew.-% bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 3,2 Gew.-%, und dem Rest Stärke (bzw. Stärkefraktion).
Die Vorbereitung der Ausgangsmasse erfolgt indirekt, d.h. zweistufig, nämlich
1. Stufe: Herstellung eines Ansatzes,
2. Stufe: Herstellung der fertigen Masse, wobei folgende Prozessstufen beobachtet werden.
1. Mischen von Prämix und Stärke (z.B. als Trockenmischung in einem Mixer für eine Mischdauer von ca. 1 Minute),
2. Zumischen von Wasser in voller Menge (in den Mixer, Mischdauer von ca. 5 Minuten),
3. Quellen des so vorbereiteten Ausgangsgemisches (Zeitdauer ca. 25 Minuten), 4. Zumischen des Fasermateriales (Pflanzenfaser) in den Mixer mit einer Misch- und/oder Knetdauer von ca. 10 Minuten, - Quellen für ca. 45 Minuten.
Die so hergestellte Masse ist während einer sehr langen Verarbeitungsdauer stabil verarbeitbar.
Wird eine Struktur dieses Ausgangsgemisches durch weitere Misch- oder Knetprozesse überlagert und beeinträchtigt, ist eine innere Strukturneubildung erforderlich mit einer Ruhedauer von ca. 30 Minuten. Andernfalls verändern sich die Fließeigenschaften der Masse im Werkzeug.
Die so voΦereitete Ausgangsmasse ist über mehrere Stunden stabil verarbeitbar, wenn durch Abdecken das Austrocknen der Randbereiche der Masse verhindert wird. Eine Aufarbeitung überlagerter (zu trockener) Masse ist durch Zusetzen und Unterkneten von Wasser möglich.
Ein Verfahrensschema unter Angabe des bevorzugten zeitlichen Ablaufes des Verfahrens für Vorbereitung der Ausgangsmasse ist in Fig. 3 dargestellt.
Im Anschluss and die Massevorbereitung schließt sich unter üblicher Dosierung ein druckthermischer Formgebungsprozess, insbesondere ein Backprozess in einer geschlossenen Backform, an, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vorzugsweise weist die Backform tangential oder radial zum Formhohlraum verlaufende Entlüftungskanäle auf, deren Querschnittsbemesssung, ggf. auch gesteuert zur Einstellung der Druckverhältnisse innerhalb der Backform vorgesehen sein können, um eine gewünschte Dichteverteilung hinsichtlich der Querschnittsstruktur des Formkörpers zu fördern und zu gewährleisten.
Eine solche Dichteverteilung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.
Ein solcher Backprozess wird, wie eingangs erläutert, in herkömmlicher weise für z.B. 3 bis 18 Minuten (einschl. Dosieren und Formen), optimal 3 bis 10 Minuten durchgeführt. Hieran schließt sich eine Konditionierung (d.h. eine Einstellung der Restfeuchte) des Formkörpers und/oder eine hydrophobe oder oleophobe Oberflächenbehandlung durch Anwendung entsprechender Beschichtungen an, wobei diese auch durch eine gesteuerte Diffusion erfolgen kann, wie nachstehend insbesondere anhand von Fig. 4 ebenfalls noch im einzelnen erläutert wird.
Eine abschließende umgebungsdichte Verpackung des Formköφers führt dazu, dass ein im Konditionierungsschritt zur Erreichung einer hohen Formkörperstabilität eingestellte Restfeuchte, unabhängig von den Umgebungsbedingungen, in denen der Formkörper während des Transportes oder einer Lagerung ausgesetzt ist, diesen Konditionierungs- zustand und damit eine hohe Qualität bis zum Verbrauch bzw. praktischen Einsatz beibehält.
Eine ausgewählte Rezeptur für die Ausgangsmasse kann die nachstehend angegebene Komposition aufweisen:
Figure imgf000014_0001
Der druckthermische Prozess (z.B. Backen in einer geschlossenen Backform mit Entlüftungskanälen, z.B. tangentialer Orientierung zum Formhohlraum) wird maßgeblich durch die Fließ- und Expansionseigenschaften der Masse im Werkzeug beeinflusst. Besonders werden diese Eigenschaften durch das Verhältnis zwischen Amylose und Amylopektin in der Stärke bzw. Stärkefraktion(Stärkemischung) bestimmt, unabhängig davon, ob die Stärke nativ oder vorverkleistert zum Einsatz kommt.
Eine besondere Rolle spielt dabei das Amylopektin aufgrund seiner verzweigten Strukturen und seiner Hydratationseigenschaften. Deshalb soll sein Anteil bezogen auf die Star- ke nicht unter 70 % liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 78 und 85 %.
Eine Vorverkleisterung der Stärke ist insbesondere dann entbehrlich, wenn das freie Wasser der Ausgangsmasse durch bestimmte Verdickungsmittel gebunden ist.
Fasern können vorzugsweise als Pflanzenfaser oder als Papierrohstoffe (einschließlich Recycling) und geeignete Abprodukte zum Einsatz kommen. So wirken sich beispielsweise besonders Fasern der Papier- und/oder Kartonindustrie, beispielsweise mit einem Ausmahlgrad von 0 - 35°, positiv auf die Qualität der Produkte wie Formsteifigkeit und Zeitstandfestigkeit aus. Als derartige Faserstoffe bieten sich beispielsweise diverse Holzzellstoffe, Holzschliff sowie Papierstaub in üblichen und/oder speziellen Aufbereitungsformen, aber auch andere Faserstoffe, wie Baumwoll- Flachs- oder Hanffasern, an. Die Kernfestigkeit und die Oberflächensteifigkeit werden erhöht. Der Festigkeits- und Verdichtungsverlauf des Querschnittes eines Stärke-Form körpers nach dem vorerläuterten Verfahren entspricht einer in Figur 1 schematisch dargestellten „Badewannenkurve".
Fig. 2 zeigt eine Festigkeits- und Verdichtungsverteilung bezogen auf einen Querschnitt des Formkörpers in Verbindung mit einer schematischen Querschnittsdarstellung in Fig. 2.
Ein mittlerer Innenbereich des Formkörpers zeichnet sich durch einen im wesentlichen porigen, unverdichteten Kernbereich aus Faser- und Stärkematerial aus, an den sich einerseits (vorzugsweise bei Gebrauchsgegenständen nach oben) eine erste Außenhautzone 2 mit verhältnismäßig grober kristalliner, festporiger Struktur anschließt, die, weiter auswärts, in eine geschlossene dünne Außenhaut 4 homogenen Aufbaus übergeht.
Andererseits des und im wesentlichen unverdichteten Innenbereiches 1 schließt sich an diesen (bei Gebrauchsgegenständen bodenseitig) eine zweite, untere Außenhautzone an, die verdichtet und geglättet und vorzugsweise äußerlich mit Glättungsmitteln, wie z.B. Wachsen, Bio-Ölen, tiefgrundbehandelt und/oder in dünnen kristallinen, festporigen Strukturen ausgebildet ist. Wie Fig. 2 verdeutlicht, ist dabei einerseits des im wesentlichen unverdichteten, porigen Innenbereiches, nämlich im Bereich der ersten Hautzone 2 sowie der sich ihren nach außen anschließenden dünnen Außenhaut 4 ein sandwichartiger Aufbau mit verhältnismäßig deutlich abgegrenzten Schichten zu beobachten, während andererseits des Innenbereiches 1 die zweite, untere Außenhautzone 3 einen im wesentlichen gleichmäßigen, verdichteten und geglätteten Aufbau besitzt, wobei randseitig innerhalb dieser Außenhautzone ein Festigkeits- und Verdichtungsanstieg zum Rand hin auftritt, so dass insgesamt die Oberfläche des Formkörpers allseitig eine im wesentlichen Gleichmäßigkeit und Oberflächenverdichtung aufweist, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Das vorgenannte Festigkeits- und Verdichtungsprofil über den Querschnitt des Formkörpers wird insbesondere begünstigt durch
a) eigenschaftsbildende und -bestimmende Zusatzstoffe, und b) eine spezielle Verfahrensführung, wie beispielsweise eine gesteuerte Diffusion als Maßnahme abschließender Oberflächenbehandlung, z.B. nach einem Backprozeß zur Ausbildung der gewünschten hydrophoben und wärmebeständigen Oberflächeneigenschaften der äußeren Randschicht des Formkörpers.
Die mit derartigen Techniken hergestellten Formkörper besitzen größere Festigkeitswerte der Außenhaut gegenüber dem Kern und dadurch eine bessere Steifigkeit des Stärke-Formkörpers: Der im Kern (Innenbereich 1) vorhandene reine Faser-Stärke- porenhaltige Struktur wird umschlossen von einer Faser-Stärke-molekularkettigen bis - kristallinen Mischstruktur (Außenhautzone 2, 3 in Fig. 1 und 2), auf der zumindest partiell eine reine molekularkettige bis kristalline Dünnschicht (Außenhaut 4) aufbaut. Die Misch- und Dünnschichtstrukturen 2, 3, 4 können IR- und/oder UV-gehärtet werden. In der Dünnschichtstruktur (Außenhaut 4) können als eigenschaftsbildende Füllstoffe Mikro- glaskugeln und/oder Farbpigmente eingelagert sein. Derartige Einlagerungen können die Gebrauchseigenschaften nachhaltig positiv verändern, so z. B. die Klima- und Wasserbeständigkeit oder thermische Resistenz. Derartige Thermoschutzsysteme gestatten es beispielsweise, dass die Suppen oder andere Inhaltsstoffe länger die Temperatur halten und dass ein Verbrennungsschutz erzielbar ist. In Figur 2 ist ein Beispiel für den Quer- schnitts-Strukturaufbau eines Stärke-Formköφers gegeben. Der Faseranteil in der viskosen Masse liegt dabei, bezogen auf die Trockenmasse, im Bereich 5 - 60 %, vorzugsweise 12 - 30 %. Neben den genannten, speziell aufbereiteten Papierfaserstoffen können auch aufbereitete / gemahlene Abfälle der Faserherstellung wie beispielsweise Hanfschäben und/oder Leinenfaserreste zum Einsatz kommen.
Die optimale Faserlänge liegt im an sich bekannten Bereich zwischen 0,5 und 50 mm.
Durch den Zusatz von Hefe, Heferückständen und/oder Ölen als nachwachsende Rohstoffe in den Teig kann die Hydrophobizität deutlich erhöht werden. Derartige Zusätze sind auch geeignet, die Festigkeit der Stärke-Formkörper sowohl im Kern als auch in der Außenhaut deutlich zu steigern. Der Hefezusatz sollte im Bereich von 0,2 bis 15 % der Masse, vorzugsweise bei 1 - 5 %, liegen. Der Hefezusatz kann in fester Form und/oder als Suspension in Wasser erfolgen. Bei letzterer Variante kann das notwendige Wasser ganz oder teilweise durch Hefesuspension ersetzt werden. Es wurde weiterhin beobachtet, dass durch den Einsatz von Hefe, beispielsweise Bierhefe, der Faseranteil deutlich reduziert werden kann (teilweise deutlich unter 15 % in Abhängigkeit von der eingesetzten Hefe).
Zusätze pflanzlicher (oder tierischer) Fette bzw. Produkte daraus oder chemische Derivate können die Qualität und den Grad der Hydrophobierung deutlich positiv beeinflussen. Bekannterweise eignen sich Wachse, Paraffine, Stearate und deren Salze besonders für derartige Anwendungen. Die Konzentrationen liegen dabei zwischen 0,5 und 5 % der Trockenmasse, vorzugsweise 0,5 - 2 %. Diese Zusätze unterstützen nachfolgende Prozesse zur Hydrophobierung der Stärke-Formköφer.
Zur Oberflächenvergütung z.B. durch gesteuerte Diffusion können beispielsweise Wachse, Paraffine, Schellack, Celluloseacetate, Polymilchsäure (PLA) dienen. Auch Mikrobeschichtungen sind möglich.
Aus verfahrenstechnischer Sicht besonders bedeutsam ist die Tatsache anzusehen, dass ein kaltgeführtes Verfahren zur Herstellung der viskosen Masse einsetzbar ist. Dadurch ist auch die Stabilität der Mischung erhöht, so dass die Massen zeitlich versetzt vor dem thermischen Prozess hergestellt werden können und der Arbeitsablauf rationeller und sicherer gestaltet werden kann. Nach Abschluss des Prozesses enthalten die Stärke-Formköφer eine Restfeuchte von ca. 3-8%. Diese Restfeuchte stellt sich mit der normalen Luftfeuchtigkeit auf ein Gleichgewicht ein und enthält dann zwischen 12 und 16 % Feuchtigkeit. Wird dieser Prozess unkontrolliert geführt, kann das zu Verformungen führen - insbesondere bei der nachträglichen Beschichtung. Deshalb wird nach dem Entnehmen der Formkörper aus der Backform eine Konditionierung angeschlossen. Dazu werden die Formkörper zielgerichtet auf den notwendigen Feuchtigkeitsgehalt konditioniert. Derartige Konditionierungen sind notwendig, um Verziehen zu vermeiden und die Flexibilität und Elastizität zu erhöhen.
Die Prozessführung erlaubt eine sichere Beschichtung der Stärke-Formköφer unter deutlicher Verbesserung der Eigenschaften und des Zeitverhaltens. Das Wasseraufnahmevermögen zwischen 2 und 15 % verhindert dabei größere Formveränderungen in Oberfläche und Geometrie.
Eine optimierte Gestaltung der Prozesskette „komplexe Oberflächenbehandlung" sorgt für glattere und homogenere Oberflächenschichten mit weniger Störungsstellen, wie beispielsweise Poren, „freien" Stärketeilchen, aber mit höherer Festigkeit bezogen auf den schaumigen Kern. Durch die genannten spezifischen Amyloseanteile und eine spezielle Gestaltung der Werkzeugoberflächen, angepasst an den Werkstoff Erzielung einer Minimierung des Formänderungsvermögens des Stärke-Formkörpers und der Materialeigenschaften, insbesondere im Oberflächenbereich nach der thermischen Behandlung erfolgt eine spezielle Behandlung der Oberfläche und der darunter liegenden Schicht durch die gesteuerte Diffusion während der Ausbildung der „Badewannenkurve" oder durch teilweisen Eintrag und/oder Auftrag von geeigneten Füll- und/oder Auftragsstoffen und/oder anderer Werkstoffe wie Endbeschichtungsmaterialien durch physikalische und/oder chemische berührungslose Behandlung der Oberfläche und der oberflächennahen Zone mit z.B. energiereichen Medien, beispielsweise Ultraschall, Wärme, IR- und/oder UV-Strahlung, die zu zusätzlichen Zusammenschlüssen und/oder Härtung und/oder Reduzierung „freier" Stärketeilchen und von Karamelisierung und/oder zur Bildung von „Verbundmolekülen" an Oberfläche und Werkstoff führen. Die Darstellung einer möglichen Prozesskette „Oberflächenbehandlung" ist Beispiel 4 zu entnehmen. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Lösung ist die gezielte Einflussnahme auf das Fließ- und Expansionsverhalten der zu veraΦeitenden Masse im Werkzeug durch Vorgabe und Einstellen bestimmter Amylose/Amylopektinanteile in der Stärkefraktion der Masse. Dieses ermöglicht Prozess- und Produktsicherheiten, wie sie bisher nicht erreichbar sind, z. B. bei
a) Optimierung der Stärke/Wasserverhältnisse und der wasserbindenden Inhaltsstoffe der Masse, oder b) Stärkeverkleisterung durch Temperaturführung der Masse.
Fig. 4 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel für eine Oberflächenbehandlung des druckthermisch hergestellten, z.B. gebackenen Formkörpers, wobei in Phase I Maßnahmen zur Grundeinstellung der Makrooberfläche des Stärke-Formkörpers in einer Glattung und Verdichtung dargestellt sind, die einerseits massebezogen sind (Herstellung einer Teigmischung in dem vorgenannten Amylose/Amylopektin-Verhältnis + Gleitmittel) oder die werkzeugbezogen sind, z.B. durch entsprechende Beschichtung oder reibungsvermin- dernde Behandlung oder Beschichtung einer Werkzeugoberfläche einer zum Backen des Formkörpers verwendeten Backform, z.B. durch Aufsprühen von Brennmittel, wie Wachs, Öl oder dergleichen.
Die übrigen Phasen beziehen sich auf eine Oberflächenbehandlung nach dem Formge- bungsprozess, wie z.B. eine Konditionierung durch künstliches Altern oder zusätzliche Oberflächenvernetzung durch hochenergetische Einstrahlungen, die auch oberflächliches Einlagern von Füllstoffen (Phase III).
Die Phasen können entweder kumulativ oder auch alternativ zueinander in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzzweck und der genauen Massezusammensetzung gewählt werden. Insbesondere ist auch auf Phase V hinzuweisen, die ein Beschichten und Ausbilden einer hochbeständigen Deckschicht, z.B. durch (zusätzliches) Tauchen, Spritzen oder Beschäumen vorsieht, wie auch die Möglichkeit einer Pulverbeschichtung oder eines Bedampfens der Oberfläche mit temperaturbeständigen, wasserabweisenden Materialien. Durch die Erfindung wird ein Verfahren und ein Formköφer angegeben, die es gestatten, unter Beachtung biologischer Abbaufähigkeit des Produktes (Umweltverträglichkeit) höhere Gebrauchseigenschaften als bisher im Hinblick auf Wasser- oder TemperatuΦe- ständigkeit zu erzielen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus biologisch abbaubarem Material, insbesondere aus nachwachsenden Rohstoffen, in einem druckthermischen Verfahren unter Einsatz von biologischen Faserstoffen, insbesondere Cellulosefasem, Wasser und Stärke in einem Gemisch unter Bildung einer fließfähigen Masse, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke einen Anteil von Amylopektin innerhalb einer Stärkefraktion nicht unter 70 Gew.-% enthält, Faserstoffe mit einem Ausmahlgrad im Bereich bis 35° in einem Anteil bezogen auf eine Trockenmasse des Gemisches von 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% eingesetzt werden, und Trenn- und/oder Verdickungsmittel und/oder hydrophobierende Mittel dem Gemisch zugegeben und dieses vor dem druckthermischen Verfahren einer Misch- und/oder Knetvorbehandlung unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von A- mylose zu Amylopektin innerhalb der Stärkefraktion 15 Gew.-% bis 28 Gew.-% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein biologischer Faseranteil in einer viskosen Masse des Gemisches, bezogen auf die Trockenmasse, vorzugsweise 12 Gew.-% bis 30 Gew.-% beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Faserstoffe vorzugsweise Zellstoffe, Holzschliff oder Papierstaub und/oder Papierrohstoff (einschl. cellulosefaserhaltigem Recyclingmaterial), ggf. aber auch andere Faserstoffe wie Baumwoll-, Flachs- oder Hanffasern verwendet wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als die Hydrophobierung und/oder Oleophobierung unterstützendes Material Hefe, Heferückstände und/oder Öle dem Gemisch vor dem druckthermischen Verfahren, insbesondere mit einem Anteil von 0,2 Gew.-% bis 15 Gew.- % des Gemisches, bezogen auf dessen Trockenmasse, und/oder Wachse, Paraffine, Stearate und/oder deren Salze mit einem Anteil von vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse des Gemisches, beigegeben werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das druckthermische Verfahren eine kontrollierte Konditionierung auf eine Umgebungsfeuchte im Bereich von 12 % bis 16 % Restfeuchte erfolgt.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das druckthermische Verfahren eine Oberflächenbehandlung, insbesondere -Vergütung, insbesondere unter gesteuerter Diffusion, mit hydrophobierenden Stoffen, wie z.B. Wachsen, Paraffinen, Schellack, Cel- luloseazetaten oder Polymilchsäuere (PLA), vorzugsweise mit Schichtdicken im Mikrometerbereich, erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das druckthermische Verfahren eine Energie-Strahlungsbehandlung, insbesondere durch Ultraschall, Wärme, Laser-, Infrarot- und/oder UV-Strahlung erfolgt.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als druckthermisches Verfahren ein Backprozess in einer geschlossenen Backform, vorzugsweise mit Entlüftung in tangentialer Wirkung oder durch Kapillaren oder Poren der Backformen, angewandt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zweistufig erfolgt, mit einer ersten Stufe unter Herstellung eines Ansatzes und mit einer Herstellung einer fertigen Masse in einer zweiten Stufe.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das in der ersten Stufe Stärke und Zusatzstoffe zur Unterstützung der Entformung aus dem Werkzeug und zur Treibgasbildung oder Stärke und ein Prämix in einer Trockenmischung in einer Mischervorrichtung mit einer Mischungsdauer von ca. 1 Minute gemischt werden, anschließend in die Mischvorrichtung Wasser zugegeben und für eine Zeitdauer von insbesondere 5 Minuten untergemischt wird, anschließend die Mischung für ca. 25 Minuten einem Quellvorgang unterzogen, hieran anschließend Pflanzenfasern der Mischvorrichtung zugegeben und das Gemisch einer Misch- und/oder Knetdauer von ca. 10 Minuten unterzogen wird und sich daran ein Quellvorgang für ca. 45 Minuten anschließt.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß 5,3 Gew.-% Prämix, 29 Gew.%-Stärke, 55 Gew.-% Wasser und 10,7 Gew.-% Pflanzenfasern verwendet werden, wobei innerhalb der Stärkefraktion der Anteil Amylose bei ca. 15 Gew.-% liegt.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch eigenschaftsbildende Füllstoffe, wie z. B. Mik- roglaskugeln, Farbpigmente, mineralische Füllstoffe in einer Konzentration von 0,01 Gew.-% bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 0.1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, zugegeben werden.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Zugabe von Xanthanen von gemisch- und/oder anderen stabili- tätsfördemden Polysachariden und/oder Pektinen.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Stärke- und/oder Fasermaterial eine Pflanze mediterranen, subtropischen und/oder tropischen Klimazonenursprungs verwendet wird und dieses Rohmaterial neben dem Stärkeanteil zugleich den notwendigen Faseranteil und/oder Zusätze anderer Polysaccharide bereitstellt.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Herstellung einer Ausgangsmischung mit folgenden Bestandteilen:
Wasser ca. 51 ,0 - 55,5 Gew.-%
Stärke ca. 30,0 - - 34,0 Gew.-%
Trennmittel ca. 10,3 - 11 ,4 Gew.-%
Verdickungsmittel ca. 3,1 - 3,4 Gew.-%
Faserstoffe ca. 15 - 20 Gew.-% - Bierhefe ca. 10,7 Gew.-% (Bierhefe in Trockensubstanz
0,01 Gew.-%)
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Auswahl der Stärkeart und Bestimmen der Inhaltsstoffe derselben,
- Einstellen des Amylose/Amylopektin-Verhältnisses durch Zumischen von Amylose oder Amylopektin,
- Trocknen/Mischen der Mischung für eine Prozesszeit von ca. 5 Minuten, insbesondere unter Zumischung von Trennmitteln, Verdickungsmitteln oder Trockenzuschlägen, wie z. B. Farbe und/oder Füllstoffen,
- Nassmischen, Quellen und Kneten unter Zumischen von Wasser oder flüssigen Zuschlägen, wie z. B. Farbe, Bierhefe für eine Prozesszeit von ca. 25 Minuten,
- Kneten/Quellen der Mischung unter Zumischung von Faserstoffen zu einer Gesamtprozesszeit für die Herstellung der Knetmischung von ca. 55 Minuten.
18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- Dosieren des Gemisches nach Anspruch 15,
- Formgebung in einem druckthermischem Prozess (Backprozess) in einer Backform,
- Entformung des Formkörpers sowie insbesondere anschließend Konditionierung zur gesteuerten Einstellung eines Feuchtigkeitsgehaltes,
- Oberflächenbehandlung durch hydrophobe und/oder oleophobe Zusätze in gesteuerter Oberflächendiffusion und Verpacken des Formköφers.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenbehandlung des Formköφers ausgeführt wird durch Glätten und/oder Verdichten einer Makrooberfläche des Formköφers, insbesondere durch vorherige Zumischung von Gleitmittel in die Stärkefraktion der vorbereiteten Mischung, und/oder durch Verminderung eines Reibungskoeffizienten einer Werkzeugoberfläche der Backform vor dem Backen, z. B. durch Aufsprühen von Wachs oder Öl, Konditionie- ren durch künstliches Altern und zusätzliche Oberflächenvernetzung durch Feuchteregulation/Dampfbehandlung und/oder Energiebehandlung mit UV-, IR-, Ultraschall, Laser, Wärme und/oder Druck, Umwandlung/Erzeugung einer Deckschicht mit erhöhten Bindekräften und erhöhter Elastizität unter Ausgleich von Oberflächenfehlern und/oder unter Bildung von Deckbeschichtungen, insbesondere durch oberflächliches Einlagern von Füllstoffen mit Werkstoffen zur Oberflächenbehandlung der Formkörperstruktur und/oder Formkörperfehlstellen durch gesteuerte Diffusion, anschließendes Konditionieren, anschließendes Beschichten, insbesondere durch Tauchen, Spritzen oder Beschäumen, mit einer Deckschicht, anschließendem Trocknen und/oder Verschmelzen, insbesondere durch PulveΦeschichten und/oder Bedampfen, Ausbilden einer Deckschicht und Trocknen des Formköφers, insbesondere im Vakuum , sowie vorzugsweise Homogenisieren und Teilkonditionieren der Deckschicht.
20. Formkörper, hergestellt nach einem Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenbereich (1) im wesentlichen porig unverdichtet aus Faser und Stärke besteht, an diesen sich eine erste Außenhautzone (2) mit grober kristalliner Struktur anschließt, und andererseits des Innenbereiches (1) eine zweite Außenhautzone (3) vorgesehen ist, die verdichtet und geglättet und mit Glättungsmitteln, wie z.B. Wachsen, Bio-Ölen oder Tiefgrund versehen ist, und die Außenhautzone (2) mit einer dünnen Außenhaut (4) homogenen Aufbaus beschichtet ist, die einen Bereich erhöhter Festigkeit des Formkörpers bildet.
21. Formkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Oberfläche des Formkörpers Rohstoffe, insbesondere Füllstoffe mit Werkstoffkomponenten zur Oberflächenbehandlung einer Formkörperstruktur und von Fehlstellen eingelagert sind.
22. Formkörper nach Anspruch 20 oder 21 , gekennzeichnet durch eine zumindest partiell vorgesehene Deckschicht, insbesondere gebildet durch Tauchen, Spritzen oder Beschäumen.
23. Formkörper nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine aus mehreren Lagen gebildete Deckschicht.
24. Formkörper nach zumindest einer der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenfestigkeit des Formkörpers im wesentlichen gleich und höher als eine Festigkeit im Innenbereich (1) ist.
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