WO2017186743A1 - Verfahren zur herstellung eines bio-kunststoffprodukts - Google Patents

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WO2017186743A1
WO2017186743A1 PCT/EP2017/059835 EP2017059835W WO2017186743A1 WO 2017186743 A1 WO2017186743 A1 WO 2017186743A1 EP 2017059835 W EP2017059835 W EP 2017059835W WO 2017186743 A1 WO2017186743 A1 WO 2017186743A1
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WO
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pbs
sunflower seed
pbsa
capsules
spc
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PCT/EP2017/059835
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Sebastian Meyer
Ulrich Meyer
Reinhard Trumme
Christina Simeone
Stephan Albers
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Spc Sunflower Plastic Compound Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • Biodegradable materials have been known for some time and are also known biodegradable plastics. These include, but are not limited to, polybutylene succinate, PBS for short, a biodegradable bioplastic made from butanediol (e.g., bio-BDO) and succinic acid, which is also biobased.
  • PBS polybutylene succinate
  • PBS polybutylene succinate
  • a biodegradable bioplastic made from butanediol (e.g., bio-BDO) and succinic acid, which is also biobased.
  • biodegradable plastics also includes polybutylene succinate adipate (PBSA), which, in addition to succinic acid, also incorporates adipic acid. Also, this plastic may be more or less bio-based depending on the monomer origin. From DE 10 2007017321 a multilayer film and a method for its production are known and in one of the variants disclosed in this application also comes a thermoplastic polyester, such as e.g. PBS is used, which is used alone or in combination with other thermoplastic polyesters.
  • PBSA polybutylene succinate adipate
  • DE 10 2013 216 309 A1 discloses a biocomposite or biomaterial with sunflower seed shells / pods, wherein a PLA is used as the plastic component. Also, the measures to certain physical properties, such as brittleness, elasticity, Young's modulus, strength, etc., to adjust such biodegradable plastics, relatively complex and expensive.
  • the invention has for its object to reduce the previous disadvantages or even completely avoided.
  • the per se known polybutylene succinate (PBS), PBSA or the like is compounded with sunflower husk fibers (these may also be sunflower seed husk fibers) (hereinafter also referred to as SPC PBS or S 2 PC PBSA).
  • the sunflower husk fibers are a pure organic product, because the sunflower husk surrounds the oily core of a sunflower seed, it requires the preparation of the sunflower husk fibers only of peeling the seed, the crushing (eg by a grinding process) of the shell material to the desired grain size, and drying to a certain moisture value and the DEALING (reduction) to a desired oil / fat content.
  • the crushing of the sunflower husk fiber is carried out by a grinding process, wherein the grain size is in the range of 3 millimeters or less, preferably in the range of 0.01 mm to 1 mm, more preferably in the range of 0.1 mm to 0.3 mm.
  • the aforementioned particle size data mean that at least a desired percentage, for example 80 percent or more, of the fiber material has the stated particle size and only small proportions are outside the desired particle size range.
  • the invention can significantly reduce the production costs compared with the use of pure PBS, e.g. over 10 percent. This is because the sunflower husk fiber and its preparation is significantly cheaper than the production of the PBS material. Since the sunflower husk fiber is also thermally stable up to a temperature of 200 degrees Celsius, there is no negative sensory influence of a coffee product when it is produced in a coffee capsule according to the invention under relatively high pressure and / or high temperature in a correspondingly suitable coffee machine.
  • sunflower husk fiber provides a kind of "bio-fiber reinforcement" for the plastic can also reduce the wall thickness of the capsule compared to pure PBS material, which reduces the amount of PBS used per container, packaging, coffee capsule, etc., and again leads to cost savings.
  • the embodiments relate to a biodegradable coffee capsule or to a biodegradable and thus compostable plant container (flowerpot), but is expandable to any biodegradable and thus compostable packaging, containers or the like.
  • FIG. 1 to 4 different views of a coffee capsule according to the invention of
  • the Tassimo-type coffee capsule a material formulation according to Table 1 was used, for the Nespresso-type coffee capsule a material composition according to Table 2. From both tables it can be seen that 69 percent of the coffee capsule material was formed by a Bio-PBS FZ71 PM (whose data sheet is also attached) and 30 percent of the compounding material was made by shell flour (grain size ⁇ 0.5 and 0.2 mm, respectively) and further an additive (adhesion promoter), namely Licocene PP MA 7452 was used.
  • Bio-PBS FZ71 PM used The details of the Bio-PBS FZ71 PM used can be found in the technical data sheet at the end of this description.
  • some values stand out, e.g. the value for the modulus of elasticity, tensile strength, etc.
  • the better modulus of elasticity makes it easier to pierce the material with thorns or water pressure.
  • the holes in the material formed by the spikes or water pressure are important for coffee capsules and known (for conventional capsules).
  • the modulus of elasticity can even be increased.
  • the requirement for the modulus of elasticity is currently at least 1 150 MPa, which can not be achieved by a pure PBS material.
  • the proportion (percentages by weight) of the adhesion promoter so the additive Licocene PP MA 7452 can be changed without that leads out of the invention and it can also be used, other comparable adhesion promoter.
  • biomaterial according to the invention formed from sunflower shell meal on the one hand and PBS on the other hand, is that it is completely biodegradable, ie compostable. This means in concrete terms that there is a "home compostability", because the material thus produced can be completely degraded by a corresponding biological environment (compost or soil / soil).
  • the material according to the invention has the advantage that the cycle time in the injection molding process, ie when the compound of the invention is used in an injection molding machine to a corresponding end product, eg. As a coffee capsule or a plant pot or the like, to produce, the time in which the material is injected in the injection molding machine and then removed, clearly, d. H. by up to 5 to 10% or more, which significantly increases the efficiency of the entire injection molding process on an existing production facility and thus, in turn, results in a cost reduction.
  • a corresponding end product eg. As a coffee capsule or a plant pot or the like
  • the invention also provides the sunflower husk meal as a natural humus material, so that overall the biodegradation process is faster than before, because the composting bacteria and microorganisms can thus the entire easily digest material by first of all settling on the sunflower husk meal and then opening up the remaining material.
  • shell meal ie the flour from sunflower husk / husk
  • the speech it is from the Sonnenblumenschalenma- material by a corresponding milling process, eg. B. an impact mill, by means of which the shell material to the desired grain size or fiber length, z. B. 0.5 mm, 0.2 mm, or the like, is brought,
  • the oil content in the shell material of the SPC PBS material is well below 10 percent, z. B. by de-oiling at 6 percent or less, and the residual moisture in the compound material is by drying at less than 1 percent, preferably at about 0.05 percent (or less, but also 0.1% to 0.5% is still acceptable) ,
  • biodegradable plastic component instead of PBS and, if necessary, also a further biological fiber, such.
  • Wood fiber added to the sunflower fiber PBS compound.
  • a wood fiber, hemp or flax fiber is also of the same order of magnitude, e.g. B. 0.1 - 0.5 mm grain size / fiber length and make up 5-10% of the total product, the physical, biological and chemical properties of the SPC-PBS material according to the invention does not change drastically, at least not substantially deteriorate.
  • the invention of the present application also encompasses the production of a film as a biomaterial product based on sunflower seed husks or sunflower seed husks with further use of PBS, PBSA or the like.
  • This film according to the invention can be produced with known film production machines (normal single-screw extruders).
  • the thickness can be between about 200 ⁇ and 1000 ⁇ , with particular preference is a version of about 300 ⁇ .
  • the film according to the invention is characterized in that it contains 35% of sunflower human meal (the shell meal in this case has a fiber length / grain size of ⁇ 200 ⁇ ) and in addition with 30% of a mineral filler, for example, but not exclusively, filled with kaolin.
  • This slide shows, if they are used as z. B. 300 ⁇ thick sealing film for coffee capsules (for example of the type Nespresso or the like) is used, a particularly desirable fracture behavior.
  • this film can be ensured that it breaks only by the water pressure (at predetermined, previously engraved areas) of the coffee machine in the capsule. This is not possible with a conventional plastic film (eg made of PE, PVC, PP or the like) without filler, since this is generally too elastic and can withstand the pressure of the water with it.
  • the sealing film used in coffee capsules is thinner than the wall portion (also made of film, for example by injection molding or thermoforming process) which forms the lower part of the coffee capsule (including spout) as a receptacle / cup for the coffee / tea material (see Fig. 4 in side view, Fig. 1 in the top view) wherein a material thickness of z. B. about 500 (or less) ⁇ completely sufficient for the wall area, but this material thickness can be adjusted individually.
  • a thin aluminum foil (which is pre-stamped) has been used in many coffee capsules so far as the top closure and thus has break points breakable at predetermined locations by the water pressure.
  • aluminum foils are used for the Nespresso-type compatible capsules from third-party suppliers.
  • such a coffee capsule is not compostable because aluminum has no composting behavior or degradation behavior in the soil, but on the contrary would contaminate a compost.
  • the coffee capsule according to the invention which is provided on the upper side and / or circumferentially with a film according to the invention, characterized by their very good oxygen barrier effect.
  • This oxygen barrier effect is ⁇ 50 cm 3 / m 2 * d * bar.
  • the above unit means that less than 50 cm 3 of oxygen per day (d) penetrate through a square meter of existing (sheet material) at a bar pressure. If the film is produced in a multi-layer composite in which an intermediate layer of about 30 ⁇ m PVOH or "G polymer" is used, the film can achieve a barrier effect of up to 0.4 cm 3 / m 2 * d * bar.
  • a “G polymer” is a modified PVOH material which can be used particularly advantageously for a multilayer composite in which the film material is formed from the biomaterial according to the invention
  • the G polymer is from Nippon Gohsei also known as Nichigo-G Polymer "Amorphous Vinyl Alcohol Resin” and described at http://www.nippon-qohsei.com/nichiqo-q-polymer.
  • multilayer films for use in coffee capsules are already known and such films are produced in a multi-layer process.
  • Such multi-layer methods are also applicable to the film of the present invention using the S 2 PC-PBS material.
  • the coffee capsule is prepared in a coinjection process (as known, for example, from WO 2016/071036 or EP 1576 6515), in which the barrier layer consists of PVOH or G polymer.
  • the barrier layer consists of PVOH or G polymer.
  • This also allows very high oxygen barrier values to be achieved.
  • Tables 5 and 6 show a comparison in which various physical parameters of an SPC-PLA material are compared with an SPC PBS material according to the invention. These tables show that an SPC PLA (in the left-hand table in each case) tends to be a very brittle compound which is at the same time very stiff, while the SPC PBS variant according to the invention (designated in the table with S 2 PC 3092 MIFT13) surprisingly significantly softer (lower) Young's modulus and lower tensile strength while having higher impact strength than SPC PLA.
  • an SPC PLA material has a heat resistance of only about 55 ° Celsius and thus for the application in a coffee capsule is suitable only limited (the hot water is regularly pressed at a temperature of about 90 ° ⁇ 3 ° C from the coffee machine through the coffee capsule), while the SPC-PBS material according to the invention has a heat resistance of more than 90 ° Celsius and thus much better suited and the coffee capsule remains stable during coffee production.
  • FIGS. 7 and 8 a corresponding (coffee) cup (FIG. 7) with a cup container (FIG. 8) is shown.
  • the height of the cup can be between 100 and 250 mm, a diameter of 90 mm is easily possible and also a volume of 300 cc or more can be easily achieved and in a test it was found that the cup despite filling with This mug is also reusable, can be cleaned very well after use (is also dishwasher safe) and is especially in contrast to previous plastic cups "home-compostable”.
  • the excellent biodegradable, home-compostable properties of the invention S 2 PC-PBS -Materials also allow this material for urns (Funeral urns) use. It is then made of the compound material corresponding manufacturing process, for example, deep drawing, embossing, injection molding, etc. manufactured the urn, in which then the ash can be filled.
  • biomaterial product according to the invention of SPC PBS consisting of sunflower husk material on the one hand and PBS material compounded therewith on the other hand for the production of tree spirals, mechanical plant and insect protection, etc.
  • SPC PBS consisting of sunflower husk material
  • PBS material compounded therewith on the other hand for the production of tree spirals, mechanical plant and insect protection, etc.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bio-Werkstoffprodukts auf Basis von Sonnenblumenkernschalen bzw. Sonnenblumenkernhülsen umfassend das Bereitstellen oder Herstellen eines compoundierten Materials (SPC PBS, SPC PBSA), wobei das Material durch Compoundieren eines Sonnenblumenkernschalenmaterials bzw. Sonnenblumenkernhülsenmaterials mit einem biologisch abbaubaren Kunststoff, z.B. Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylensuccinat-Adipat (PBSA) oder dergleichen erhalten wird und das compoundierte Material bevorzugt verwendet wird für die Herstellung eines Spritzgussproduktes, z.B. von biologisch abbaubaren Behältern, Verpackungen, Folien oder dergleichen, insbesondere von Kaffeekapseln, Teekapseln, Urnen, Becher, Pflanzentöpfen, Blumentöpfen, oder dergleichen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bio-Kunststoffprodukts
Biologisch abbaubare Werkstoffe sind schon länger bekannt und auch sind bekannt biologisch abbaubare Kunststoffe. Hierzu zählt unter anderem auch das Polybutylensuccinat, kurz PBS, ein biologisch abbaubarer Biokunststoff, der aus Butandiol (z.B. Bio-BDO) und Bernsteinsäure, die auch biobasiert darstellbar ist, herge- stellt wird.
Zur gleichen Klasse der biologisch abbaubaren Kunststoffe gehört auch Polybutylensuccinat-Adipat (PBSA), welchem neben der Bernsteinsäure noch Adipinsäure einpolymerisiert wird. Auch dieser Kunststoff kann je nach Monomer- Herkunft mehr oder weniger biobasiert sein. Aus DE 10 2007017321 ist eine Mehrschichtfolie und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt und in einer der in dieser Anmeldung offenbarten Varianten kommt auch ein thermoplastisches Polyester wie z.B. PBS zum Einsatz, welches allein oder in Kombination mit anderen thermoplastischen Polyestern eingesetzt wird.
Die bisher bekannten biologisch abbaubaren Kunststoffe - dies gilt auch für PLA (Polyactidsäure) - sind zwar bekannt, aber nach wie vor noch relativ teuer in ihrer Herstellung und auch bei ihrer Verarbeitung, nämlich insbesondere zum Spritzgießen eines Endprodukts bedarf es einer relativ langen Maschinenzykluszeit.
Aus DE 10 2013 216 309 A1 , DE 10 2013 208 876 A1 , WO 2013/072146 A1 ist ein Biokomposit, bzw. Biowerkstoff mit Sonnenblumenkernschalen/-Hülsen bekannt, wobei als Kunststoffkomponente ein PLA eingesetzt wird. Auch sind die Maßnahmen, um bestimmte physikalische Eigenschaften, z.B. Sprödigkeit, Elastizität, E-Modul, Festigkeit etc., bei solchen biologisch abbaubaren Kunststoffen einzustellen, relativ aufwändig und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Nachteile zu verringern oder gar gänzlich zu vermeiden.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der Erfindung wird das an sich bekannte Polybutylensuccinat (PBS),PBSA oder dergleichen zusammen mit Sonnenblumenschalenfasern (diese können auch Sonnen- blumenkernhülsenfasern sein) compoundiert (nachfolgend auch als SPC PBS oder S2PC PBSA bezeichnet).
Da die Sonnenblumenschalenfasern ein reines Bioprodukt sind, denn die Sonnenblumenschalen umgeben den ölhaltigen Kern einer Sonnenblumensaat, bedarf es zur Aufbereitung der Sonnenblumenschalenfasern lediglich des Schälens der Saat, der Zerklei- nerung (z.B. durch einen Mahlprozess) des Schalenmaterials auf die gewünschte Korngröße, sowie der Trocknung auf einen bestimmten Feuchtigkeitswert und der EntÖlung (Reduzierung) auf einen gewünschten Öl-/Fettgehalt.
Die Zerkleinerung der Sonnenblumenschalenfaser erfolgt durch einen Mahlprozess, wobei die Korngröße im Bereich von 3 Millimetern oder weniger liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,01 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 mm bis 0,3mm.
Die vorgenannten Korngrößenangaben bedeuten, dass wenigstens ein gewünschter Prozentsatz, z.B. 80 Prozent oder mehr, des Fasermaterials die angegebene Korngröße aufweist und lediglich geringe Anteile außerhalb des gewünschten Korngrößenbereichs liegen. Durch die Compoundierung des Sonnenblumenschalenmaterials mit dem PBS-Material in einem Extruder, z.B. einem Doppelschneckenextruder, entsteht ein Compound, welches spritzgussfähig ist und welches ein Elastizitätsmodul und/oder eine Zugfestigkeit im End-Biowerkstoffprodukt aufweist, welches gegenüber einem Biowerkstoffprodukt aus reinem PBS deutlich erhöht ist und weitere bessere Eigenschaften aufweist. Ein besonderer Einsatzbereich der Erfindung liegt in der Herstellung von biologisch abbaubaren Verpackungen bzw. Behältern wie z.B. Kaffeekapseln, Blumentöpfen, Taschen, Boxen etc.
Vor allem können durch die Erfindung die Herstellkosten gegenüber der Verwendung von reinem PBS deutlich reduziert werden, z.B. über 10 Prozent. Das liegt daran, dass die Sonnenblumenschalenfaser und ihre Aufbereitung deutlich günstiger ist als die Herstellung des PBS-Materials. Da die Sonnenblumenschalenfaser bis zu einer Temperatur von 200 Grad Celsius auch thermisch stabil ist, erfolgt keine negative sensorische Beeinflussung eines Kaffeeprodukts, wenn dieses in einer erfindungsgemäßen Kaffeekapsel unter relativ hohem Druck und/oder hoher Temperatur in einer entsprechend dafür geeigneten Kaffeemaschine hergestellt wird.
Dadurch dass die Sonnenblumenschalenfaser quasi eine„Biofaserverstärkung" für den Kunststoff bereitstellt, können u.U. auch die Wanddicken der Kapsel gegenüber reinem PBS-Material verringert werden, was den Mengeneinsatz von PBS pro Behälter, Verpackung, Kaffeekapsel etc. verringert und nochmals zu einer Kosteneinsparung führt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine biologisch abbaubare Kaffeekapsel bzw. auf einen biologisch abbaubaren und somit kompostierbaren Pflanzenbehälter (Blumentopf), ist aber auf jedwede biologisch abbaubare und somit kompostierbare Verpackung, Behälter oder dergleichen ausdehnbar.
Die Figuren zeigen:
Fig. 1 bis 4 verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Kaffeekapsel vom
Nespresso-Typ.
Fig. 5 und 6 verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Kaffeekapsel vom
Tassimo-Typ.
Für die Kaffeekapsel vom Tassimo-Typ wurde eine Materialrezeptur gemäß Tabelle 1 verwendet, für die Kaffeekapsel vom Nespresso-Typ eine Materialzusammensetzung gemäß Tabelle 2. Aus beiden Tabellen ist zu ersehen, dass 69 Prozent des Kaffeekapselmaterials durch ein Bio-PBS FZ71 PM (dessen Datenblatt ist ebenfalls beigefügt) und 30 Prozent des Compoundiermaterials durch Schalenmehl (Korngröße < 0,5 bzw. 0,2 mm) gebildet wurde und ferner einer Additiv (Haftvermittler), nämlich Licocene PP MA 7452 eingesetzt wurde.
Die Angaben über das eingesetzte Bio-PBS FZ71 PM finden sich in dem technischen Datenblatt am Ende der vorliegenden Beschreibung.
Weitere Materialangaben, insbesondere physikalische Parameter über das erfindungsgemäße Material S2PC 3071 MI (für die Kaffeekapsel vom Tassimo-Typ) bzw. S2PC 3071 MIF (für die Kaffeekapsel vom Nespresso-Typ) finden sich in den ebenfalls beigefügten Materialdatenblättern.
Hierbei stechen insbesondere einige Werte hervor, z.B. der Wert für das E-Modul, Zugfestigkeit, etc..
Das E-Modul für reines PBS liegt nach bisher bekannten Angaben im Bereich von 300 und 700MPa, während hingegen das E-Modul für den erfindungsgemäßen Biowerkstoff SPC PBS/PBSA - siehe die entsprechenden Materialdatenblätter in Tabelle 3 und 4 - über 1200MPa liegt, bei S2PC 3071 MIF bei ca. 1300MPa, bei S2PC 3071 MI sogar bei 1468MPa (SPC = Sunflower Plastic Compound).
Durch das bessere E-Modul lässt sich das Material besser mit Dornen oder Wasserdruck durchstoßen. Die durch die Dornen oder Wasserdruck gebildeten Löcher im Material sind für Kaffeekapseln wichtig und (für konventionelle Kapseln) bekannt.
Durch die Erhöhung des Sonnenblumenschalenfaseranteils im Compound kann das E-Modul sogar noch gesteigert werden.
Bei den ebenfalls hier in der Anmeldung und in der Erfindung beanspruchten Pflanzentöpfen liegt die Anforderung an das E-Modul derzeit bei mindestens 1 150MPa, was durch ein reines PBS-Material nicht geleistet werden kann.
Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, wenn der Anteil des Sonnen- blumenschalenmehls einerseits und des PBS andererseits variiert wird. Die in dieser Anmeldung in den Tabellen angegebenen Verhältnisse von PBS (69%) zu Schalenmehl (30%) sind nur beispielhaft zu verstehen und Abweichungen davon (+/- 1 -25%) sind jederzeit möglich und liegen im Bereich der Erfindung.
Auch kann der Mengenanteil (Gewichtsprozente) des Haftvermittler, also des Additivs Licocene PP MA 7452 verändert werden, ohne dass die aus der Erfindung herausführt und es können auch andere, vergleichbare Haftvermittler eingesetzt werden.
Die besondere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Biowerkstoffs, gebildet aus Sonnen- blumenschalenmehl einerseits und PBS andererseits, besteht darin, dass dieses vollständig biologisch abbaubar, also kompostierbar, ist. Das bedeutet konkret, dass eine "Home-Kompostierbarkeit" vorliegt, denn das so hergestellte Material kann durch eine entsprechende biologische Umgebung (Kompost oder Boden/Erde) vollständig abgebaut werden.
Auch hat das erfindungsgemäße Material den Vorteil, dass die Zykluszeit bei der im Spritzgussprozess, also dann, wenn das erfindungsgemäße Compound in einer Spritzgussanlage verwendet wird, um ein entsprechendes Endprodukt, z. B. also eine Kaffeekapsel oder ein Pflanzentopf oder dergleichen, herzustellen, kann die Zeit, in der das Material in der Spritzgussanlage eingespritzt und dann entnommen wird, deutlich, d. h. um bis zu 5 bis 10 % oder darüber hinaus, verkürzt werden, was die Leistungsfähigkeit des gesamten Spritzgussprozesses auf einer bestehenden Produktionseinrichtung deutlich erhöht und somit auch wiederum eine Kostenreduktion zur Folge hat.
Für die "Home-Kompostierbarkeit" und optimale Abbaubarkeit im Boden des gesamten extrodierten Endproduktes liefert die Erfindung auch das Sonnenblumenschalenmehl als natürliches Humusmaterial mit, sodass insgesamt auch der biologische Abbauprozess schneller als bisher erfolgt, denn die die Kompostierung bedingenden Bakterien und Mikroorganismen können damit das gesamte Material leichter aufschließen, indem sie sich zunächst vor allem auf den Sonnenblumenschalenmehl ansiedeln können, um dann das restliche Material zu erschließen.
Auch wird mit dem erfindungsgemäßen Biowerkstoff eine deutlich höhere Wärmeformbeständigkeit ermöglicht, da diese bei 97 Grad Celsius gegenüber 95 Grad Celsius bei reinem PBS liegt. Das ist ein besonderer Vorteil, denn bei der benötigten Wassertemperatur bei den Kaffeekapseln von mindestens 90 Grad Celsius ist jedes Grad Celsius verbesserte Wärmeformbeständigkeit gewünscht, weil es insgesamt dazu beiträgt, dass die Kaffeekapsel auch im Kaffeeherstellungsprozess noch stabil genug ist und vor allem in keiner Weise zur geschmacklichen (negativen) Degradierung des Kaffeeprodukts beiträgt.
Soweit in der vorliegenden Anmeldung von Schalenmehl, also dem Mehl aus Sonnen- blumenschalen/-hülsen, die Rede ist, so wird dieses von dem Sonnenblumenschalenma- terial durch einen entsprechenden Mahlprozess, z. B. einer Prallmühle hergestellt, mittels welcher das Schalenmaterial auf die gewünschte Korngröße bzw. Faserlänge, z. B. 0,5 mm, 0,2 mm, oder dergleichen, gebracht wird,
Der Ölanteil im Schalenmaterial des SPC PBS-Materials liegt dabei deutlich unter 10 Prozent, z. B. durch EntÖlung bei 6 Prozent oder weniger, und die Restfeuchtigkeit im Compoundmaterial liegt durch Trocknung bei unter 1 Prozent, vorzugsweise bei ca. 0,05 Prozent (oder weniger, aber auch 0,1 % bis 0,5% ist noch akzeptabel).
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, wenn noch eine weitere biologisch abbaubare Kunststoffkomponente statt PBS und im Bedarfsfall auch eine weitere biologische Faser, wie z.B. Holzfaser, dem Sonnenblumenfaser-PBS-Compound hinzugefügt wird. Ein erster Test hat beispielsweise ergeben, dass dann, wenn eine Holzfaser, Hanf oder Flachsfaser ebenfalls auf die gleiche Größenordnung wie z. B. 0,1 - 0,5 mm Korngröße/Faserlänge reduziert wird und 5-10% des Gesamtprodukts ausmachen, die physikalischen, biologischen und chemischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen SPC-PBS- Materials nicht drastisch verändern, jedenfalls nicht substantiell verschlechtern. Als weitere Forschung lassen sich unter Umständen noch weitere bevorzugte biologische Materialien finden, die optimal mit dem Sonnenblumenschalenmaterial und dem PBS/PBSA-Material compoundiert werden können, wobei dabei stets darauf zu achten ist, dass das zugenommene biologische Material im Compoundierungsprozess nicht an seine thermische Grenze kommt und unter Umständen dabei verbrennt/verkohlt, oder sich anderweitig zersetzt.
Wie erwähnt umfasst die Erfindung der vorliegenden Anmeldung auch die Herstellung einer Folie als Biowerkstoffprodukt auf Basis von Sonnenblumenkernschalen bzw. Son- nenblumenkernhülsen unter weiterer Verwendung von PBS, PBSA oder dergleichen.
Diese erfindungsgemäße Folie kann mit bekannten Folienherstellmaschinen (normalen Einschneckenextrudern) hergestellt werden. Die Dicke kann dabei zwischen ca. 200μιτι und 1000 μιτι betragen, wobei besonders bevorzugt wird eine Ausführung von ca. 300μιτι. Die erfindungsgemäße Folie zeichnet sich dadurch aus, dass sie mit 35% Sonnenblu- menschalenmehl (das Schalenmehl weist dabei eine Faserlänge/Korngröße von < 200μιτι auf) und zusätzlich mit 30% eines mineralischen Füllstoffs, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, mit Kaolin gefüllt ist.
Diese Folie zeigt, wenn sie als z. B. 300 μιτι dicke Siegelfolie für Kaffeekapseln (zum Beispiel vom Typen Nespresso oder dergleichen) eingesetzt wird, ein besonders wünschenswertes Bruchverhalten auf. Mit dieser Folie kann gewährleistet werden, dass sie nur durch den Wasserdruck (an vorbestimmten, vorher eingravierten Stellen) der Kaffeemaschine in der Kapsel bricht. Dies ist mit einer konventionellen Kunststofffolie (z. B. aus PE, PVC, PP oder dergleichen) ohne Füllstoff nicht möglich, da diese in der Regel zu elastisch ist und dem Druck des Wassers damit standhalten kann. Regelmäßig ist die Siegelfolie, die bei Kaffeekapseln verwendet wird, dünner als der Wandbereich (ebenfalls aus Folie herzustellen, zum Beispiel durch Spritzgiessen oder Tiefziehprozess) der den unteren Teil der Kaffeekapsel (einschließlich Ausguss) als Aufnahmebehälter/Becher für das Kaffee/Tee-Material bildet (siehe Fig. 4 in der Seitenansicht, Fig. 1 in der Obenaufansicht) wobei eine Materialdicke von z. B. ca. 500 (oder weniger) μιτι für den Wandbereich völlig ausreichend ist, diese Materialdicke aber individuell eingestellt werden kann.
Aus diesen Gründen wird auch bei vielen Kaffeekapseln bislang als oberseitiger Verschluss eine dünne Alufolie verwendet (die vorgeprägt ist) und an vorbestimmten Stellen somit durch den Wasserdruck aufbrechbare Sollbruchstellen aufweist. Für solche zum Beispiel für den Nespressotyp kompatible Kapseln von Drittanbietern werden ebenfalls Alufolien eingesetzt. Eine solche Kaffeekapsel ist aber nicht kompostierbar, weil Aluminium kein Kompostverhalten bzw. Abbauverhalten im Boden aufweist, sondern im Gegenteil einen Kompost kontaminieren würde.
Werden solche Kapseln mit„bio" oder „kompostierbar" beworben, kommen auch verschiedene Papiere bzw. Papiersorten zum Einsatz. Nachteil dieser Papiere ist es aber, dass sie keine Barrierewirkung gegen Sauerstoff aufweisen und damit das Kaffeepulver in der Kapsel schnell an Qualität einbüßt. Daher zeichnet sich die erfindungsgemäße Kaffeekapsel, die oberseitig und/oder umfangsmäßig mit einer erfindungsgemäßen Folie ausgestattet ist, durch ihre sehr gute Sauerstoffbarrierewirkung aus. Diese Sauerstoffbarrierewirkung liegt bei < 50 cm3/m2*d*bar. Vorstehende Einheit bedeutet, dass weniger als 50 cm3 Sauerstoff pro Tag (d) bei einem bar Druck durch einen Quadratmeter vorhandenden (Folien-Materials) dringen. Stellt man die Folie in einem Mehrschichtverbund her, in dem eine Zwischenlage von ca. 30 μιτι PVOH oder„G-Polymer" eingesetzt wird, kann die Folie eine Barrierewirkung von bis zu 0,4 cm3/m2*d*bar erreichen.
Man sieht sofort, dass somit die Barrierewirkung der erfindungsgemäßen Folien im Mehrschichtverbund mit einer PVOH-Zwischenlage drastisch verbessert wird.
Bei einem „G-Polymer" handelt es sich um ein modifiziertes PVOH-Material, welches besonders vorteilhaft für einen Mehrschichtverbund, bei dem das Folienmaterial aus dem erfindungsgemäßen Biowerkstoff gebildet wird, verwendet werden kann. Das G-Polymer stammt von der Firma Nippon Gohsei ist auch als„Nichigo-G-Polymer"-Amorphous Vinyl Alcohol Resin" bekannt und unter http://www.nippon-qohsei.com/nichiqo-q-polymer beschrieben.
Die Herstellung von Mehrschichtfolien zur Verwendung in Kaffeekapseln ist bereits bekannt und solche Folien werden in einem Mehrschichtverfahren erzeugt. Solche Mehrschichtverfahren sind auch auf die erfindungsgemäße Folie unter Verwendung des S2PC- PBS-Materials anwendbar. Dazu stellt man die Kaffeekapsel in einem Koinjektionsverfahren (wie zum Beispiel bekannt aus WO 2016/071036 oder EP 1576 6515) her, bei dem die Barriereschicht aus PVOH oder G-Polymer besteht. Damit lassen sich ebenfalls sehr hohe Sauerstoffbarrierewerte erzielen. Dies stellt eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung dar, wenn dabei das erfindungsgemäße Compound, bestehend aus Sonnenblumenschalenmehl einerseits und damit SPC PBS bzw. PBSA verwendet wird.
In den Tabellen 5 und 6 wird ein Vergleich aufgezeigt, bei dem verschiedene, physikalische Parameter eines SPC-PLA-Materials einem erfindungsgemäßen SPC PBS-Material gegenübergestellt werden. Diese Tabellen zeigen, dass ein SPC PLA (in der Tabelle jeweils links) zu einem sehr spröden Compound neigt, das gleichzeitig aber sehr steif ist, während die erfindungsgemäße SPC PBS-Variante (in der Tabelle mit S2PC 3092 MIFT13 bezeichnet) überraschenderweise ein deutlich weicheres (niedrigeres) E-Modul sowie eine niedrigere Zugfestigkeit aufweist und gleichzeitig eine höhere Schlagzähigkeit als SPC PLA aufweist. Schließlich sei auch besonders darauf hingewiesen, dass ein SPC PLA-Material eine Wärmeformbeständigkeit von nur circa 55°Celsius aufweist und somit für die Anwendung in einer Kaffeekapsel nur eingeschränkt tauglich ist (das heiße Wasser wird regelmäßig mit einer Temperatur von ca. 90° ± 3°Celsius von der Kaffeemaschine durch die Kaffeekapsel gedrückt), während das erfindungsgemäße SPC-PBS-Material eine Wärmeformbeständigkeit von über 90°Celsius aufweist und somit deutlich besser geeignet ist und die Kaffeekapsel bei der Kaffeeproduktion stabil bleibt.
Gerade wegen der besonders hohen Wärmeformbeständigkeitstemperatur des erfindungsgemäßen SPC-PBS-Materials (die höher liegt als für reines PBS) lässt sich auch mit dem Material ein Behälter herstellen, der in der Lage ist, relativ hoch temperierte Flüssigkeiten/Nahrungsmittel, wie zum Beispiel Kaffee, Tee, Suppe, Nudeln, etc. aufzu- nehmen.
In den Figuren 7 und 8 ist ein entsprechender (Kaffee)Becher (Fig. 7) mit einem Becherbehälter (Fig. 8) gezeigt. Die Höhe des Bechers kann dabei zwischen 100 und 250 mm liegen, ein Durchmesser von 90 mm ist ohne Weiteres möglich und auch ein Volumen von 300 ccm oder mehr lässt sich problemlos erreichen und in einem Test wurde heraus- gefunden, dass der Becher trotz Befüllung mit heißem Kaffee oder Tee dabei sehr stabil bleibt, Dieser Becher ist auch mehrwegfähig, lässt sich nach Gebrauch sehr gut reinigen (ist auch spülmaschinenfest) und ist vor allem im Gegensatz zu bisherigen Kunststoffbechern„home-kompostierbar".
Es gibt zwar schon entsprechende Kunststoffbecher aus Biokunststoffen, die als kompos- tierbar beworben werden, allerdings gibt es dort keine Home-Kompostierbarkeit, sondern nur eine Industrie-Kompostierbarkeit, was bedeutet, dass die Becher in einem industriellen Prozess unter ganz bestimmten Bedingungen (und dem Zuschlag weiterer Zersetzungsstoffe) nur in einem industriellen Maßstab kompostiert werden können, nicht jedoch wie der erfindungsgemäße Behälter bzw. Becher, der sich auf einem Komposthaufen innerhalb kurzer Zeit rückstandsfrei in der Natur zersetzt wird und somit als home- kompostierbar gelten kann.
Soweit in der vorliegenden Anmeldung von einer Kaffeekapsel die Rede ist, ist damit gleichzeitig natürlich auch jede andere Anwendung unter Verwendung von Kapseln gemeint, wie zum Beispiel Teekapseln, Suppenkapseln etc.. Die hervorragenden biodegradierbaren, home-kompostierbaren Eigenschaften des erfindungsgemäßen S2PC-PBS-Materials lassen es auch zu, dieses Material für Urnen (Bestattungsurnen) einzusetzen. Dabei wird dann aus dem Compound-Material durch entsprechende Herstellverfahren, zum Beispiel Tiefziehen, Prägen, Spritzgießen, etc. die Urne gefertigt, in die dann die Asche abgefüllt werden kann. Erste Tests lassen vermuten, dass die komplette Auflösung des Materials im Erdboden (ca. 50 - 100 cm Tiefe) schon nach 5 Jahren vollständig erreicht ist (hervorragende Bodenabbaubarkeit des erfindungsgemäßen SPC PBS, bzw. SPC PBSA) und dabei keine Konterminationsrückstände im Boden hinterlässt.
Schließlich sei auch auf die bevorzugte Verwendung des SPC PBS-Materials im Forstschutz hingewiesen. Wenn junge Pflanzen in einem Einzelverband gepflanzt werden, muss dafür gesorgt werden, dass die Pflanzen vor dem Verbiss insbesondere gegen Rehwild und anderem Schalenwild geschützt werden. Dies geschieht bislang mit Drahtgittern oder Kunststoffumhausungen, die um die Jungpflanze angeordnet werden, damit diese möglichst störungsfrei ihrem Terminaltrieb nach oben entwickeln kann, ohne durch einen Wildverbiss Schaden zu nehmen. Das Problem der bisherigen Baumschutzmaßnahmen (es gibt auch viele Baumschutzkunststoffmaterialien wie z. B. auch Kunststoffbänder, die zu Spiralen um die Pflanzen gewickelt werden, auch Kunststoffgitter etc.) besteht darin, dass dieses Kunststoffmaterial in der freien Natur verbleibt, aber sich nicht zersetzt mit der Folge, dass es auch vom Wild im Spieltrieb aufgenommen wird und unter Umständen dadurch Teile dieses Kunststoffmaterials in den Magen-Darm-Trakt des Wildes gelangt und das Tier schädigt. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen SPC PBS/PBSA-Materials baut sich das gesamte Material innerhalb weniger Jahre komplett ab und kann auch nicht zu Schäden im Magen-Darm-Trakt von Wild führen.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Biowerkstoffprodukts aus SPC PBS, bestehend aus Sonnenblumenschalenmaterial einerseits und damit compoundiertem PBS- Material andererseits zur Herstellung von Baumspiralen, mechanischem Pflanzen- und Verbissschutz etc., hat also auch den Vorteil, dass das Material nach seiner Anbringung um die Pflanzen nicht notwendigerweise wieder aus dem bestehenden Wald herausgeholt werden muss, weil es sich innerhalb weniger Jahre durch den Kompostierungspro- zess von selbst auflöst.
Soweit in der vorliegenden Anmeldung von einem mechanischen Wildverbissschutz die Rede ist, sind damit alle entsprechenden Produkte gemeint wie Baumspiralen, Baumschutzgitter, Wuchshüllen als Schutz für junge Bäume, Pflanzen, Weinstöcke und dergleichen. Tabelle 1
Figure imgf000013_0001
Tabelle 2
Figure imgf000013_0002
Tabelle 3
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Tabelle 4
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Bio-Werkstoffprodukts auf Basis von Sonnenblu- menkernschalen bzw. Sonnenblumenkernhülsen umfassend:
Bereitstellen oder Herstellen eines compoundierten Materials (SPC PBS, SPC PBSA), wobei das Material durch Compoundieren eines Sonnenblumenkernscha- lenmaterials bzw. Sonnenblumenkernhülsenmaterials mit einem biologisch abbaubaren Kunststoff, nämlich Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylensuccinat-Adipat (PBSA) oder dergleichen erhalten wird und das compoundierte Material bevorzugt verwendet wird für die Herstellung eines Spritzgussproduktes, z.B. von biologisch abbaubaren Behältern, Verpackungen, Folien oder dergleichen, insbesondere von Kaffeekapseln, Teekapseln, Urnen, Becher, Pflanzentöpfen, Blumentöpfen, oder dergleichen.
2. Verwendung eines Sonnenblumenkernschalen-Biokomposits (SPC PBS) zur Herstellung von biologisch abbaubaren Verpackungen, Kaffeekapseln, Teekapseln, Behältern, Pflanzentöpfen, Urnen, Verbissschutz, Becher, Blumentöpfen, Folien oder dergleichen, wobei das Biokomposit einerseits aus einem biologisch abbaubaren Kunststoff besteht, nämlich Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylensuccinat-Adipat (PBSA) oder dergleichen, welches mit Sonnenblumkernschalenmaterial bzw. Sonnenblumen- kernhülsenmaterial compoundiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das compoundierte Material in einem Spritzgussverfahren zur Herstellung der Behälter, Kaffekapseln, Teekapseln, Verpackungen, Pflanztöpfen, Blumentöpfen, Folie, Becher und dergleichen verarbeitet wird.
4. Behälter, Verpackung, Folie und dergleichen, insbesondere Kaffeekapsel, Teekapsel, Pflanztopf, Blumentopf, Folie, Becher, Urne oder dergleichen, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
5. Spritzgussprodukt, hergestellt aus einem compoundierten Material, wobei das Material durch Compoundieren von Sonnenblumenkernschalenmateri- al/Sonnenblumenkernhülsenmaterial einerseits mit einem biologisch abbaubaren Kunststoff, nämlich Polybutylensuccinat (PBS), Polycutylensuccinat-Adipat (PBSA) oder der- gleichen, andererseits erhalten wird und der Anteil des Sonnenblumenkernschalenmate- rials/Sonnenblumenkernhülsenmaterials im Compound bei wenigstens 10 %, vorzugsweise bei 30 % oder mehr, beispielsweise auch über 50 % liegt.
6. Behälter, Verpackung, Folie und dergleichen, insbesondere Kaffeekapsel, Teekapsel, Pflanztopf, Blumentopf, Becher, Urne wie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das herzustellende Produkt, also Behälter, Verpackung, Folie usw. mit einem Mehrschichtverbund aufgebaut ist mit einer ersten und zweiten Schicht und einer zwischen den beiden Schichten angeordneten Zwischenlage, wobei die erste und die zweite Schicht aus den Sonnenblumenkernschalen-PBS und/oder PBSA - Compoundmaterial besteht und die Zwischenlage, z. B. aus PVOH des G-Polymer, als Barriereschicht als Sauerstoffbarriereschicht wirkt, deren Sauerstoffbarrierewirkung bei < 50 cm*/m"*d*bar liegt, vorzugsweise unter 10 cm3/m2*d*bar liegt, besonders bevorzugt bei < 1 cm3/m2*d*bar liegt.
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