WO2022043441A1 - Verpackungskörper - Google Patents

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WO2022043441A1
WO2022043441A1 PCT/EP2021/073623 EP2021073623W WO2022043441A1 WO 2022043441 A1 WO2022043441 A1 WO 2022043441A1 EP 2021073623 W EP2021073623 W EP 2021073623W WO 2022043441 A1 WO2022043441 A1 WO 2022043441A1
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barrier
packaging body
body according
degradation accelerator
barrier layer
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PCT/EP2021/073623
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Josef Haas
Ernst KROTTENDORFER
Manfred TACKER
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Drypac Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a packaging body that includes a base body and a barrier layer arranged on the base body.
  • the present invention relates to a packaging body for storing and/or packaging food.
  • Packaging bodies are used in different forms for packaging objects such as food.
  • the base bodies of the packaging bodies are provided with barrier layers, since the material of the base body itself often cannot provide these properties.
  • the base bodies are formed from polymeric materials since these provide advantageous properties in terms of mechanical stability, formability and the like.
  • classic polymer materials are not biodegradable, so that if they are not disposed of properly, they are released into the environment in undegraded form, remain there for long periods of time and thus contribute significantly to environmental pollution.
  • the one that occurs over time mechanical erosion of polymer materials leads to the formation of small polymer particles, also known as microplastics, which are potentially harmful to living beings.
  • Biodegradable polymers have been proposed as an alternative to traditional polymeric materials. Under certain conditions, these are degraded by microorganisms and can also be produced on the basis of renewable raw materials.
  • a barrier coating can also be advantageous in the case of biodegradable polymers as a component of base bodies of the packaging body, in order to give the packaging body the desired properties.
  • an oxygen barrier reduces the penetration of oxygen to the base body, thereby slowing down the oxidative processes that contribute to the degradation of the polymer.
  • the base body thus includes a polymer degradation accelerator.
  • the polymer degradation accelerator is a UV activated degradation accelerator.
  • the degradation process is set in motion when the packaging body is exposed to UV radiation, for example from sunlight.
  • UV radiation for example from sunlight.
  • storage which is usually protected from light, or in closed storage In rooms where the UV exposure is low, there is no or only a limited triggering of decomposition processes.
  • the degradation processes brought about by the polymer degradation accelerator lead in particular to a mechanical destabilization of the base body, as a result of which it can break and split into smaller parts even under the action of small mechanical stresses. On the one hand, this exposes surfaces that do not have a barrier coating, and on the other hand, the area available for biological or chemical degradation is increased, which also increases the rate of degradation.
  • the packaging body of the present invention can be any means suitable for packaging objects.
  • Non-exhaustive examples of embodiments of packaging bodies according to the invention are: foil, container, shell, beverage preparation capsule, in particular coffee capsule.
  • the base body is completely surrounded by the barrier layer. If necessary, the entire base body is arranged within a closed barrier layer. If necessary, the barrier layer covers the entire surface of the packaging body. If necessary, the base body is sealed with the barrier layer. If necessary, an intermediate layer can be arranged between the base body and the barrier layer.
  • biodegradable means that a material or substance is biodegradable according to EN 13432 and/or according to ASTM 6400.
  • Biodegradable polymers can be made from fossil and/or renewable raw materials.
  • Exemplary polymers which are suitable for forming a base body or which can be used as a component of a base body are polyhydroxyalkanoate, polylactic acid, polybutylene adipate terephthalate, polybutylene succinate, starch, cellulose.
  • Corresponding derivatives or modified variants of these polymer materials can also be used for the packaging body according to the invention.
  • the polymer degradation accelerator is a UV activated degradation accelerator.
  • the degradation accelerator has a functionality that can be modified and/or destabilized by exposure to UV radiation.
  • exposure of a degradation accelerator to UV radiation can result in bond ruptures, formation of free radicals, or the like.
  • the polymer degradation accelerator is a free radical generator and/or a free radical initiator.
  • the polymer degradation accelerator is a UV-activated free radical generator and/or a UV-activated free radical initiator.
  • the polymer degradation accelerator is designed in particular to absorb UV radiation.
  • the UV absorption of the polymer degradation accelerator is higher than 0.5.
  • the UV absorption of the polymer degradation accelerator is higher than 0.7.
  • the UV absorption of the polymer degradation accelerator is higher than 0.8.
  • the UV absorption of the polymer degradation accelerator is higher than 0.9.
  • UV refers in particular to electromagnetic radiation in a wavelength range between about 100 and about 380 nm.
  • the polymer degradation accelerator can be contained in the base body in different states.
  • the polymer degradation accelerator is covalently bonded to the biodegradable polymer. This means that there is a covalent, ie essentially stable chemical bond between the polymer and the degradation accelerator.
  • the polymer degradation accelerator can chemically cross-link the polymer structure. The cross-linking can be an inter- and/or intra-molecular cross-linking. If the degradation accelerator is covalently bound to the polymer, activation of the degradation accelerator causes a Destabilization of the molecular structure of the polymer, for example by breaking crosslinks.
  • the polymer degradation accelerator is not covalently bonded to the biodegradable polymer but merely mixed or mixed with it.
  • the base body can be a composite material that includes or consists of the polymer and the degradation accelerator. Activation of the polymer degradation accelerator has the effect, in particular, of destabilizing this composite material.
  • the polymer degradation accelerator is a material contained heterogeneously in the base body, and in particular a material that mechanically destabilizes the base body.
  • the polymer degradation accelerator comprises one or more of the following substances: clay materials, cellulosic fibers, fibers of cellulosic derivatives, wood fibers, minerals, vegetable fibers.
  • Heterogeneously contained polymer degradation accelerators lead to a comminution of the base body material under mechanical stress, which means that a larger surface area can be available for further degradation processes.
  • the polymer degradation accelerator can be, for example, TiO 2 , optionally with a grain size of less than 0.5 ⁇ m.
  • TiO 2 can be contained in the polymer in a content of between 0.1 and 1.0% by weight, based on the mass of the base body.
  • the polymer degradation accelerator can be a UV-activated degradation accelerator, a light-activated degradation accelerator, a temperature-activated degradation accelerator and/or a degradation accelerator activated by other influences.
  • the degradation accelerator can be activated by processes and/or influences that usually occur in natural environments, for example solar radiation, heat, salt water.
  • the polymer degradation accelerator comprises a chromophore moiety configured to absorb electromagnetic radiation. Examples of such chromophore units are conjugated rr systems, quinoid systems, nitro groups, in particular organic nitro groups, carbonyl groups. These and other chromophore units are capable of absorbing electromagnetic radiation, particularly UV radiation. As a result, broken bonds and other degradation processes can be triggered and/or promoted.
  • conjugated rr systems are chemical systems with alternating single and double bonds.
  • conjugated rr systems are aromatic systems and polyenes.
  • the barrier layer is at least partially permeable to the corresponding activating wavelength range. Accordingly, the barrier layer can be at least partially transparent to light and/or UV.
  • the barrier layer optionally has a water vapor permeability of less than 10 g/m 2 *d, preferably less than 1 g/m 2 *d.
  • the water vapor permeability of the barrier layer can be less than 0.1; less than 0.01; less than 0.001; be less than 0.0001 g/m 2 *d.
  • the water vapor permeability is determined in particular according to one of the following standards: DIN 53122-2, DIN 52615, ASTM F 1249, ISO 15106-2, ISO 15106-3.
  • the barrier layer optionally has an oxygen permeability at 23° C. and 50% RH of less than 100 cm 3 /m 2 *d, preferably less than 10 cm 3 /m 2 *d.
  • the oxygen permeability of the barrier layer can be less than 1.0; less than 0.1 ; less than 0.01; be less than 0.001 cm' 3 /m 2 *d.
  • the oxygen permeability is determined in particular according to one of the following standards: DIN 53380-3, ASTM F 1307, ASTM D 3985, ASTM F 1927, ISO 15105-2.
  • Degradation-accelerating additives can also be contained in the base body in order to further increase the rate of degradation.
  • Examples are cellulose fibers, especially in the case of polyhydroxyalkanoate as a polymer, citric acid or Lewis acids.
  • Lewis acids are electrophilic electron pair acceptors.
  • the base body also includes non-polymeric additives, for example processing aids and/or plasticizers.
  • processing aids and/or plasticizers examples of this are triethyl citrate and/or glycerol.
  • the barrier layer can also include a degradation accelerator.
  • This barrier layer degradation accelerator can help accelerate the degradation of the barrier layer.
  • similar concepts as for the polymer degradation accelerator can be used.
  • a packaging body in particular for storing and/or packaging food, comprising a base body and a barrier layer arranged on the base body, the base body comprising a biodegradable polymer, the barrier layer comprising a barrier material, and the barrier material comprising a barrier degradation accelerator includes.
  • the barrier degradation accelerator ensures that only a superficial layer, namely the barrier layer, of a packaging body is destabilized.
  • the barrier accelerator can be a UV-activated accelerator, a light-activated accelerator, a temperature-activated accelerator and/or an accelerator activated by other influences.
  • the degradation accelerator by operations and/or influences are activated that usually occur in natural environments, such as solar radiation, heat, salt water.
  • the barrier degradation accelerator should not be activated by influences expected during the usual storage conditions of the package body. Degradation only begins when the degradation accelerator is exposed to the activating influences. As a result, the barrier layer is weakened and the biodegradable polymer of the base body is made accessible for degradation processes.
  • the barrier degradation accelerator is a free-radical generator and/or a free-radical initiator.
  • the barrier degradation accelerator is a UV-activated free-radical generator and/or a UV-activated free-radical initiator.
  • the barrier degradation accelerator can optionally include titanium oxide, in particular in the form of particles and/or nanoparticles.
  • the barrier degradation accelerator is a heterogeneous and/or UV-activated photocatalyst.
  • the barrier degradation accelerator may be activated only by electromagnetic radiation with a wavelength of less than or equal to 390 nm. This has the advantage that no activation occurs indoors. Degradation only begins when the coated packaging body is released into the environment and exposed to UV radiation from sunlight.
  • the barrier degradation accelerator can be a crosslinking agent that links molecules of the barrier material together.
  • the barrier degradation accelerator has features described in relation to the polymer degradation accelerator. If appropriate, it is provided that the barrier layer has a thickness of between 1 and 10 ⁇ m. In particular, the barrier degradation accelerator can cause the barrier layer to be weakened to such an extent that it is easy to destroy mechanically.
  • the barrier degradation accelerator is contained in a proportion of between 0.01 and 1% by weight, based on the total weight of the barrier layer.
  • the barrier degradation accelerator is a Ti compound, in particular TiO2 and/or a Ti polyphosphate.
  • a packaging body according to the invention can additionally comprise a stabilizing body.
  • the stabilizing body can provide mechanical stability and itself provide no or only insufficient barrier properties. This embodiment makes it possible to reduce the thickness of the material of the base body, which leads to a saving in material. This is particularly advantageous if the stabilizing body is formed from a material or includes a material that is available in large quantities and at low cost.
  • the material of the stabilization body can be a fiber fleece material, for example cardboard, paper or cardboard.
  • the nonwoven material can comprise carbon fibers, cellulosic fibers, and/or lignocellulosic fibers.
  • Such fiber fleece materials are, for example, water-permeable, but can have sufficient mechanical stability. However, adequate watertightness is usually desired for food packaging.
  • the mechanical stability can thus be provided by the fiber fleece material, while the base body and the barrier layer provide further properties, for example impermeability to water.
  • the barrier layer can be formed as required.
  • a packaging body in particular for storing and/or packaging Foodstuffs, comprising a base body and a barrier layer arranged on the base body, the base body comprising a biodegradable polymer, and the barrier layer comprising a barrier material.
  • the barrier material can be a SiO x layer.
  • a SiO x layer comprises silicon oxide/silicon dioxide.
  • Such a barrier material is, in particular, chemically inert and has, for example, barrier properties with respect to water.
  • a SiOx layer can be produced by vapor deposition, for example by chemical vapor deposition (CVD) or by physical vapor deposition (PVD).
  • the barrier material can be an aluminum oxide layer.
  • the aluminum oxide layer can be produced similarly to a SiO x layer.
  • the barrier material may be a layer of a suitable organic-inorganic hybrid polymer.
  • An organic-inorganic hybrid polymer as used in the present disclosure, is a polymer that comprises chemically linked organic moieties and inorganic moieties. In essence, an organic-inorganic hybrid polymer can be understood as a copolymer of organic units and inorganic units.
  • the inorganic units can in particular comprise one or more metal oxide units, for example silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide.
  • the organic units can in particular be polymerizable units, for example based on hydroxyalkanoate, lactic acid, butylene adipate terephthalate, butylene succinate, starch, cellulose.
  • the organic-inorganic hybrid polymer can be produced, in particular, in a sol-gel process in which metal alkanoates, which comprise the desired metals and the desired polymerizable units, are used as the starting material.
  • the barrier layer made of the organic-inorganic hybrid polymer can be applied to the base body, for example, in the form of a paint by brushing, spraying or the like.
  • a barrier layer made from an organic-inorganic hybrid polymer can be arranged as a barrier layer on a base body made from a biodegradable polymer.
  • a barrier layer made of an organic-inorganic hybrid polymer can be arranged as a barrier layer on a base body comprising a starch-based polymer.
  • a barrier layer made of an organic-inorganic hybrid polymer can be arranged as a barrier layer on a base body comprising polylactic acid.
  • a barrier layer made of an organic-inorganic hybrid polymer can be arranged as a barrier layer on a base body comprising polyhydroxyalkanoate.
  • a barrier layer made of SiO x can be arranged as a barrier layer on a base body made of a biodegradable polymer.
  • a barrier layer made of SiO x can be arranged as a barrier layer on a base body comprising a starch-based polymer.
  • a barrier layer made of SiO x can be arranged as a barrier layer on a base body comprising polylactic acid.
  • a barrier layer made of SiO x can be arranged as a barrier layer on a base body comprising polyhydroxyalkanoate.
  • a barrier layer made of Al oxide can be arranged as a barrier layer on a base body made of a biodegradable polymer.
  • a barrier layer made of Al oxide can be arranged as a barrier layer on a base body comprising a starch-based polymer.
  • a barrier layer made of Al oxide can be arranged as a barrier layer on a base body comprising polylactic acid.
  • a barrier layer made of Al oxide can be arranged as a barrier layer on a base body comprising polyhydroxyalkanoate.
  • barrier layers can be provided.
  • a first barrier layer can be arranged on the base body and a second barrier layer can be arranged on the first barrier layer.
  • the first barrier layer may be a SiO x layer.
  • the second barrier layer can be a layer of an organic-inorganic hybrid polymer.
  • a film comprising a base body and a barrier layer arranged on the base body, the base body comprising a biodegradable polymer and the barrier layer comprising a barrier material made from an organic-inorganic hybrid polymer.
  • a container comprising a base body and a barrier layer arranged on the base body, the base body comprising a biodegradable polymer and the barrier layer comprising a barrier material made from an organic-inorganic hybrid polymer.
  • a capsule for producing brewed beverages in particular a coffee capsule, comprising a base body and a barrier layer arranged on the base body, the base body comprising a biodegradable polymer, and the barrier layer comprising a barrier material made from an organic-inorganic hybrid polymer.
  • the packaging body can have a sealing layer.
  • the sealing layer can improve the ability of the packaging body to be connected, for example to a cover film or another closure element.
  • the sealing layer can be arranged directly on the base body at a distance from the barrier layer. Alternatively, the sealing layer can be arranged on the stabilizing body.
  • the sealing layer can also be formed by a suitable, in particular weldable, barrier layer.
  • the invention optionally relates to a packaging body, in particular for storing and/or packaging food, comprising a base body and a barrier layer arranged on the base body, the base body comprising a biodegradable polymer and the barrier layer comprising a barrier material. If necessary, it is provided that the base body includes a polymer degradation accelerator.
  • the polymer degradation accelerator is a UV-activated degradation accelerator.
  • the polymer degradation accelerator is covalently bonded to the biodegradable polymer and/or that the polymer degradation accelerator is mixed with the biodegradable polymer.
  • the polymer degradation accelerator comprises a chromophore moiety, wherein the chromophore moiety is selected from one or more of the following: conjugated rr system, quinoid system, organic nitro group, carbonyl group.
  • the polymer degradation accelerator has an absorption of at least 0.5, preferably at least 0.8, at the absorption maximum, the absorption maximum being in the range between 100 nm and 600 nm, preferably between 100 nm and 380 nm.
  • the biodegradable polymer is selected from one or more of the following: polyhydroxyalkanoate, polylactic acid, polybutylene adipate terephthalate, polybutylene succinate, starch, cellulose.
  • the barrier layer is UV-permeable.
  • the barrier material of the barrier layer is selected from one or more of the following: SiO x , Al oxide, organic-inorganic hybrid polymer.
  • the barrier layer has a water vapor permeability of less than 1 g/m 2 *d, preferably less than 10 g/m 2 *d. If appropriate, it is provided that the barrier layer has an oxygen permeability at 23° C. and 50% RH of less than 100 cm 3 /m 2 *d, preferably less than 10 cm 3 /m 2 *d.
  • the base body additionally comprises a degradation-accelerating additive, the additive being selected from one or more of the following: cellulose fibers, a Lewis acid, citric acid.
  • the barrier layer comprises a barrier degradation accelerator.
  • the barrier degradation accelerator is covalently bonded to the barrier material and/or that the polymer degradation accelerator is mixed with the biodegradable polymer.
  • the barrier degradation accelerator comprises a chromophore moiety, wherein the chromophore moiety is selected from one or more of the following: conjugated rr system, quinoid system, organic nitro group, carbonyl group, silane group.
  • the barrier degradation accelerator is a photosensitive linker which covalently connects at least two units and/or molecules of the barrier material to one another.
  • the barrier degradation accelerator is a photosensitive polysilane.
  • the barrier layer is a polyvinyl alcohol layer and that the barrier degradation accelerator is titanium dioxide.
  • the barrier layer is a layer of an organic-inorganic hybrid polymer and that the barrier degradation accelerator is titanium dioxide.
  • the container additionally comprises a stabilizing body, with the material of the base body being arranged on the stabilizing body.
  • the stabilizing body comprises a fiber fleece, in particular paper, wherein the fiber fleece optionally comprises carbon fibers, cellulose fibers and/or lignocellulose fibers.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a packaging body according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a packaging body according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a packaging body according to a third embodiment.
  • the figures show a packaging body 1, a base body 2, a barrier layer 3, a stabilizing body 4.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a packaging body 1 according to a first embodiment.
  • the packaging body 1 includes a Base body 2 made of a biodegradable polymer and a barrier layer 3, which completely encloses the base body 2 on its surface.
  • the packaging body 1 can be used, for example, as a tray for the temporary packaging of meat.
  • the biodegradable polymer is a UV-sensitive polyhydroxyalkanoate and TiO 2 as a polymer degradation accelerator.
  • the TiO 2 acts as a free-radical initiator and is present in finely divided form mixed with the polyhydroxyalkanoate matrix.
  • the grain size of the TiO 2 is less than 0.5 ⁇ m and it is present in a content of between 0.1 and 1.0% by weight in relation to the mass of the base body.
  • the polymer degradation accelerator is activated by UV radiation, causing accelerated degradation of the polymer material.
  • the mechanical stability of the base body 2 is reduced by the breaking of chemical bonds under UV radiation.
  • the packaging body 1 is improperly disposed of and ends up in a body of water, such as a sea or an ocean, it is constantly exposed to strong UV radiation and the stress caused by wave movements leads to mechanical comminution of the destabilized material. This frees surfaces that do not have a barrier coating and generally increases the surface area for chemical and biological degradation mechanisms to attack. This leads to a faster degradation time of the polymeric material.
  • the barrier layer 3 is an SiO x layer that was produced by a plasma deposition process.
  • the barrier layer provides a good barrier to water and other liquids. This is detrimental to the degradation of the base body, which disadvantage is alleviated by the use of a polymer degradation accelerator according to the present invention.
  • the barrier layer 3 can be a layer made of an organic-inorganic hybrid polymer, which comprises SiO units and hydroxyalkanoate units, instead of the SiOx layer.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a packaging body 1 according to a second embodiment.
  • the packaging body 1 comprises a base body 2 made from a biodegradable polymer and a barrier layer 3 which is arranged on both sides of a surface of the base body 2 .
  • the packaging body 1 according to the second embodiment is a film.
  • the biodegradable polymer is a blend of approximately 40% by weight polyhydroxyalkanoate and approximately 59% by weight thermoplastic starch.
  • polyhydroxyalkanoate between 70% and 30% by weight thermoplastic starch can be included. These blends are rapidly degradable under aqueous conditions.
  • the base body 2 additionally includes a polymer degradation accelerator, which in this exemplary embodiment is citric acid in a proportion of 0.5% by weight, based on the mass of the base body 2 .
  • a polymer degradation accelerator which in this exemplary embodiment is citric acid in a proportion of 0.5% by weight, based on the mass of the base body 2 .
  • the citric acid effects acid catalysis and thus contributes to the degradation of the polymer.
  • the base body 2 of this exemplary embodiment also contains 0.5% by weight of glycerin as a plasticizer.
  • the barrier layer 3 is a coating based on polyvinyl alcohol with the admixture of titanium oxide. Titanium oxide acts according to the invention as a barrier degradation accelerator.
  • the TiO2 is contained in the barrier layer in a content between 0.1 and 1.0% by weight and the grain size of the TiO2 is less than 0.5 ⁇ m.
  • the barrier degradation accelerator is a free-radical initiator that is activated by UV radiation. The radicals generated cause a destabilization of the barrier layer 3.
  • the barrier layer 3 can be a layer made of an organic-inorganic hybrid polymer instead of the polyvinyl alcohol layer.
  • the barrier degradation accelerator can be titanium oxide.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a packaging body 1 according to a third exemplary embodiment.
  • the packaging body 1 comprises a base body 2 made of a biodegradable polymer and a barrier layer 3 which completely encloses the base body 2 on its surface.
  • the packaging body 1 can be used, for example, as a tray for the temporary packaging of meat.
  • the composition of the materials corresponds to that of the first exemplary embodiment and is therefore not explained again at this point.
  • the packaging body 1 comprises a stabilizing body 4 which is arranged adjacent to the coated base body 2 .
  • the base body 2 can be thinner in comparison to the first exemplary embodiment, as a result of which material is saved.
  • the actual mechanical stabilization of the packaging body 1 is provided by the stabilization body 4, which is formed from a fiber fleece made of lignocellulose.
  • the packaging body 1 is designed as shown in FIG. 1, but the composition of the base body 2 and the barrier layer 3 differs from the first exemplary embodiment.
  • the base body 2 comprises approximately 75% by weight of polyhydroxyalkanoate and 25% by weight of wood flour, which is mixed with the polymer as a heterogeneously distributed polymer degradation accelerator.
  • the base body 2 is thus a composite material which includes polyhydroxyalkanoate and wood flour.
  • the polymer degradation accelerator brings about a mechanical destabilization of the base body 2, so that it disintegrates into smaller particles when exposed to environmental influences, which can subsequently be degraded more quickly due to the large surface area.
  • the barrier layer 3 is a coating based on polyvinyl alcohol with the admixture of titanium oxide.
  • titanium oxide acts as a barrier degradation accelerator.
  • the TiO 2 is contained in the barrier layer in a content of between 0.1 and 1.0% by weight and the grain size of the TiO 2 is less than 0.5 ⁇ m.
  • the barrier degradation accelerator is on in this embodiment Radical initiator that is activated by UV radiation. The radicals generated cause a destabilization of the barrier layer 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verpackungskörper, insbesondere zur Aufbewahrung und/oder Verpackung von Lebensmitteln, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial umfasst, und wobei die Barriereschicht einen Barriere-Abbaubeschleuniger umfasst.

Description

Verpackungskörper
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verpackungskörper, der einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht umfasst. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Verpackungskörper zur Aufbewahrung und/oder zur Verpackung von Lebensmitteln.
Verpackungskörper werden in unterschiedlichen Formen zur Verpackung von Gegenständen wie beispielsweise Lebensmitteln verwendet. Um Verpackungskörpern unterschiedliche Eigenschaften, wie beispielsweise Barriereeigenschaften gegenüber unterschiedlichen Stoffen zu verleihen, sind die Grundkörper der Verpackungskörper mit Barriereschichten versehen, da das Material der Grundkörper selbst diese Eigenschaften oft nicht bereitstellen kann.
Traditionell werden die Grundkörper aus Polymermaterialien gebildet, da diese vorteilhafte Eigenschaften bezüglich mechanischer Stabilität, Formbarkeit und dergleichen bereitstellen. Klassische Polymermaterialien sind in vielen Fällen nicht biologisch abbaubar, sodass diese bei unzureichender Entsorgung in nicht abgebauter Form in die Umwelt eingetragen werden, dort über lange Zeiträume verbleiben und dadurch signifikant zur Umweltverschmutzung beitragen. Die über die Zeit auftretende mechanische Erosion der Polymermaterialien führt zur Bildung kleiner Polymerpartikel, auch als Mikroplastik bekannt, die für Lebewesen potentiell gesundheitsschädlich sind.
Als Alternative zu herkömmlichen Polymermaterialien wurden biologisch abbaubare Polymere vorgeschlagen. Diese werden unter bestimmten Bedingungen durch Mikroorganismen abgebaut und können gegebenenfalls auch auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden.
Auch im Fall von biologisch abbaubaren Polymeren als Komponente von Grundkörpern der Verpackungskörper kann eine Barrierebeschichtung vorteilhaft sein, um dem Verpackungskörper die gewünschten Eigenschaften zu verleihen.
Während die Barrierebeschichtung die Eigenschaften im Zeitraum der Verwendung des Verpackungskörpers verbessert, kann diese im Gegenzug die Abbaubarkeit des Materials negativ beeinflussen, was im Sinne der Reduktion der Umweltbelastung unerwünscht ist. Beispielsweise reduziert eine Sauerstoffbarriere das Eindringen von Sauerstoff zum Grundkörper, wodurch die oxidativen Vorgänge, die zum Abbau des Polymers beitragen, verlangsamt werden.
Aus der Notwendigkeit gewisser Barriereeigenschaften und der dadurch verlangsamten Abbaubarkeit ergibt sich ein Zielkonflikt, der durch die vorliegende Erfindung gelöst wird.
Es wurde überraschend festgestellt, dass die Beifügung von abbaubeschleunigenden Komponenten in den Grundkörper zum rascheren Abbau des Grundkörpers trotz der Verwendung einer Barrierebeschichtung beitragen kann. Gegebenenfalls umfasst der Grundkörper somit einen Polymer-Abbaubeschleuniger.
Bevorzugt ist der Polymer-Abbaubeschleuniger ein UV-akti vierter Abbaubeschleuniger. Dadurch wird der Abbauvorgang er bei Exposition des Verpackungskörpers gegenüber UV-Strahlung, beispielsweise durch Sonnenlicht, in Gang gesetzt. Während der üblicherweise lichtgeschützten Lagerung oder der Aufbewahrung in geschlossenen Räumen, wo die UV-Exposition gering ist, kommt es zu keiner bzw. nur zur eingeschränkten Auslösung von Abbauvorgängen.
Die durch den Polymer-Abbaubeschleuniger bewirkten Abbauvorgänge führen insbesondere zu einer mechanischen Destabilisierung des Grundkörpers, wodurch dieser bereits bei Einwirkung kleiner mechanischer Beanspruchungen zerbrechen und in kleinere Teile gespalten werden kann. Dadurch werden einerseits Oberflächen freigesetzt, die keine Barrierebeschichtung tragen, und andererseits wird die für einen biologischen oder chemischen Abbau zur Verfügung stehende Fläche vergrößert, was die Abbaugeschwindigkeit ebenfalls steigert.
Der erfindungsgemäße Verpackungskörper kann ein beliebiges Mittel sein, das zur Verpackung von Gegenständen geeignet ist. Nicht erschöpfende Beispiele für Ausführungen erfindungsgemäßer Verpackungskörper sind: Folie, Behälter, Schale, Getränkezubereitungskapsel, insbesondere Kaffeekapsel.
Der Grundkörper ist insbesondere vollständig von der Barriereschicht umschlossen. Gegebenenfalls ist der gesamte Grundkörper innerhalb einer geschlossenen Barriereschicht angeordnet. Gegebenenfalls bedeckt die Barriereschicht die gesamte Oberfläche des Verpackungskörpers. Gegebenenfalls ist der Grundkörper mit der Barriereschicht versiegelt. Gegebenenfalls kann zwischen dem Grundkörper und der Barriereschicht eine Zwischenschicht angeordnet sein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „biologisch abbaubar“, dass ein Material oder ein Stoff gemäß EN 13432 und/oder gemäß ASTM 6400 biologisch abbaubar ist.
Biologisch abbaubare Polymere können aus fossilen und/oder aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Beispielhafte Polymere, die zur Bildung eines Grundkörpers geeignet sind bzw. die als Komponente eines Grundkörpers verwendet werden können sind Polyhydroxyalkanoat, Polymilchsäure, Polybutylenadipat- terephthalat, Polybutylensuccinat, Stärke, Cellulose. Auch entsprechende Derivate oder modifizierte Varianten dieser Polymermaterialien können für den erfindungsgemäßen Verpackungskörper eingesetzt werden. Bevorzugt ist der Polymer-Abbaubeschleuniger ein UV-akti vierter Abbaubeschleuniger. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, dass der Abbaubeschleuniger eine Funktionalität die durch das Einwirken von UV-Strahlung modifiziert und/oder destabilisiert werden kann. Beispielsweise kann das Einwirken von UV-Strahlung auf einen Abbaubeschleuniger zu Bindungsbrüchen, Bildung von Radikalen oder dergleichen führen.
Gegebenenfalls ist der Polymer-Abbaubeschleuniger ein Radikalbildner und/oder ein Radikalinitiator. Gegebenenfalls ist der Polymer-Abbaubeschleuniger ein UV-aktivierter Radikalbildner und/oder ein UV-aktivierter Radikalinitiator.
Um mit UV-Strahlung in Wechselwirkung treten zu können, ist das Polymer- Abbaubeschleuniger insbesondere dazu ausgeführt, UV-Strahlung zu absorbieren. Gegebenenfalls ist die UV-Absorption des Polymer-Abbaubeschleunigers höher als 0,5. Gegebenenfalls ist die UV-Absorption des Polymer-Abbaubeschleunigers höher als 0,7. Gegebenenfalls ist die UV-Absorption des Polymer-Abbaubeschleunigers höher als 0,8. Gegebenenfalls ist die UV-Absorption des Polymer-Abbaubeschleunigers höher als 0,9.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet „UV“ insbesondere elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 100 und etwa 380 nm.
Der Polymer-Abbaubeschleuniger kann in unterschiedlichen Zuständen im Grundkörper enthalten sein.
Gegebenenfalls ist der Polymer-Abbaubeschleuniger kovalent an das biologisch abbaubare Polymer gebunden. Dies bedeutet, dass zwischen dem Polymer und dem Abbaubeschleuniger eine kovalente, also im Wesentlichen stabile chemische, Bindung vorliegt. Gegebenenfalls kann der Polymer-Abbaubeschleuniger eine chemische Quervernetzung der Polymerstruktur bewirken. Die Quervernetzung kann eine inter- und/oder intramolekulare Quervernetzung sein. Ist der Abbaubeschleuniger kovalent an das Polymer gebunden, bewirkt eine Aktivierung des Abbaubeschleunigers eine Destabilisierung der molekularen Struktur des Polymers, beispielsweise durch Brechen von Quervernetzungen.
Gegebenenfalls ist der Polymer-Abbaubeschleuniger nicht kovalent an das biologisch abbaubare Polymer gebunden, sondern nur mit diesem vermischt bzw. vermengt. In diesem Fall kann der Grundkörper ein Verbundmaterial sein, das das Polymer sowie den Abbaubeschleuniger umfasst oder daraus besteht. Eine Aktivierung des Polymer- Abbaubeschleunigers bewirkt insbesondere eine Destabilisierung dieses Verbundmaterials.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger ein heterogen im Grundkörper enthaltenes, und insbesondere ein den Grundkörper mechanisch destabilisierendes, Material ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger einen oder mehrere der folgenden Stoffen umfasst: Tonmaterialien, Cellulosefasern, Fasern von Cellulosederivaten, Holzfasern, Mineralstoffe, pflanzliche Fasern.
Heterogen enthaltene Polymer-Abbaubeschleuniger führen bei mechanischer Beanspruchung zu einer Zerkleinerung des Grundkörpermaterials, wodurch eine größere Oberfläche für weitere Abbauvorgänge zur Verfügung stehen kann.
Der Polymer-Abbaubeschleuniger kann beispielsweise TiO2 sein, gegebenenfalls mit einer Korngröße von kleiner als 0,5 pm. TiO2 kann in einem Gehalt zwischen 0,1 und 1 ,0 Gew.-% bezogen auf die Masse des Grundkörpers im Polymer enthalten sein.
Gegebenenfalls kann der Polymer-Abbaubeschleuniger ein UV-aktivierter Abbaubeschleuniger, ein lichtaktivierter Abbaubeschleuniger, ein temperaturaktivierter Abbaubeschleuniger und/oder ein durch andere Einflüsse aktivierter Abbaubeschleuniger sein. Insbesondere kann der Abbaubeschleuniger durch Vorgänge und/oder Einflüsse aktiviert werden, die üblicherweise in natürlichen Umgebungen auftreten, beispielsweise Sonneneinstrahlung, Wärme, Salzwasser. Gegebenenfalls umfasst der Polymer-Abbaubeschleuniger eine Chromophor-Einheit, die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu absorbieren. Beispiele für derartige Chromophor-Einheiten sind konjugierte rr-Systeme, chinoide Systeme, Nitrogruppen, insbesondere organische Nitrogruppen, Carbonylgruppen. Diese und andere Chromophor-Einheiten sind dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, zu absorbieren. Dadurch können Bindungsbrüche und andere Degradationsvorgänge ausgelöst und/oder begünstigt werden.
Konjugierte rr-Systeme sind insbesondere chemische Systeme mit abwechselnd angeordneten Einzel- und Doppelbindungen. Beispiele für konjugierte rr-Systeme sind aromatische Systeme und Polyene.
Wenn der Polymer-Abbaubeschleuniger durch elektromagnetische Strahlung aktiviert wird, ist vorteilhaft, wenn die Barriereschicht zumindest teilweise für den entsprechenden aktivierenden Wellenlängenbereich durchlässig ist. Dementsprechend kann die Barriereschicht zumindest teilweise licht- und/oder UV-durchlässig sein.
Die Barriereschicht weist gegebenenfalls eine Wasserdampfpermeabilität von weniger als 10 g/m2*d, bevorzugt von weniger als 1 g/m2*d, auf. Die Wasserdampfpermeabilität der Barriereschicht kann weniger als 0,1 ; weniger als 0,01 ; weniger als 0,001 ; weniger als 0,0001 g/m2*d betragen. Die Wasserdampfpermeabilität wird insbesondere nach einer der folgenden Normen bestimmt: DIN 53122-2, DIN 52615, ASTM F 1249, ISO 15106-2, ISO 15106-3.
Die Barriereschicht weist gegebenenfalls eine Sauerstoffpermeabilität bei 23 °C und 50% rF von weniger als 100 cm3/m2*d, bevorzugt von weniger als 10 cm3/m2*d, auf. Die Sauerstoffpermeabilität der Barriereschicht kann weniger als 1 ,0; weniger als 0,1 ; weniger als 0,01 ; weniger als 0,001 cm'3/m2*d betragen. Die Sauerstoffpermeabilität wird insbesondere nach einer der folgenden Normen bestimmt: DIN 53380-3, ASTM F 1307, ASTM D 3985, ASTM F 1927, ISO 15105-2.
Abbaubeschleunigende Additive können zusätzlich im Grundkörper enthalten sein, um die Abbaugeschwindigkeit weiter zu erhöhen. Beispiele hierfür sind Cellulosefasern, insbesondere bei Polyhydroxyalkanoat als Polymer, Citronensäure oder Lewis-Säuren.
Lewis-Säuren sind insbesondere elektrophile Elektronenpaarakzeptoren.
Gegebenenfalls umfasst der Grundkörper ferner nicht-polymere Additive, beispielsweise Verarbeitungshilfsmittel und/oder Weichmachen. Beispiele hierfür sind Triethylcitrat und/oder Glycerin.
Gegebenenfalls kann auch die Barriereschicht einen Abbaubeschleuniger umfassen. Dieser Barriereschicht-Abbaubeschleuniger kann dazu beitragen den Abbau der Barriereschicht zu beschleunigen. Im Wesentlichen können ähnlich Konzepte wie für den Polymer-Abbaubeschleuniger eingesetzt werden.
Ebenfalls geoffenbart ist ein Verpackungskörper, insbesondere zur Aufbewahrung und/oder Verpackung von Lebensmitteln, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial umfasst, und wobei das Barrierematerial einen Barriere-Abbaubeschleuniger umfasst.
Es wurde völlig überraschend herausgefunden, dass ein rascherer Abbau des Grundkörpers alternativ oder zusätzlich durch Bereitstellung eines Barriere- Abbaubeschleunigers erreicht werden kann. Dieser führt dazu, dass die Barriereschicht bei Einwirkung von Umwelteinflüssen schneller abgebaut wird als ohne Einsatz eines Barriere-Abbaubeschleunigers. Dies führt in weiterer Folge dazu, dass das Material des Grundkörpers Abbauvorgängen schneller zugänglich gemacht wird.
Insbesondere wird durch den Barriere-Abbaubeschleuniger erreicht, dass nur eine oberflächliche Schicht, nämlich die Barriereschicht, eines Verpackungskörpers destabilisiert wird.
Gegebenenfalls kann der Barriere-Abbaubeschleuniger ein UV-aktivierter Abbaubeschleuniger, ein lichtaktivierter Abbaubeschleuniger, ein temperaturaktivierter Abbaubeschleuniger und/oder ein durch andere Einflüsse aktivierter Abbaubeschleuniger sein. Insbesondere kann der Abbaubeschleuniger durch Vorgänge und/oder Einflüsse aktiviert werden, die üblicherweise in natürlichen Umgebungen auftreten, beispielsweise Sonneneinstrahlung, Wärme, Salzwasser.
Ähnlich wie beim Polymer-Abbaubeschleuniger sollte der Barriere-Abbaubeschleuniger nicht durch Einflüsse aktiviert werden, die während der üblichen Lagerungsbedingungen des Verpackungskörpers zu erwarten sind. Erst wenn der Abbaubeschleuniger den aktivierenden Einflüssen ausgesetzt ist, beginnt der Abbau. Dadurch wird die Barriereschicht geschwächt und das biologisch abbaubare Polymer des Grundkörpers wird Abbauvorgängen zugänglich gemacht.
Gegebenenfalls ist der Barriere-Abbaubeschleuniger ein Radikalbildner und/oder ein Radikalinitiator. Gegebenenfalls ist der Barriere-Abbaubeschleuniger ein UV-aktivierter Radikalbildner und/oder ein UV-aktivierter Radikalinitiator.
Gegebenenfalls kann der Barriere-Abbaubeschleuniger Titanoxid umfassen, insbesondere in Form von Partikeln und/oder Nanopartikeln.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger ein heterogener und/oder UV-aktivierter Photokatalysator ist.
Gegebenenfalls erfolgt die Aktivierung des Barriere-Abbaubeschleunigers nur durch elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner gleich 390 nm. Dies hat den Vorteil, dass in Innenräumen keine Aktivierung auftritt. Erst wenn der beschichtete Verpackungskörper in die Umwelt gelangt und dort der UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, beginnt der Abbau.
Gegebenenfalls kann der Barriere-Abbaubeschleuniger ein Quervernetzungsmittel sein, das Moleküle des Barrierematerials miteinander verbindet.
Gegebenenfalls weist der Barriere-Abbaubeschleuniger Merkmale auf, die in Zusammenhang mit dem Polymer-Abbaubeschleuniger beschrieben wurden. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Barriereschicht eine Dicke zwischen 1 und 10 pm aufweist. Insbesondere kann der Barriere-Abbaubeschleuniger bewirken, dass es zu einer derart starken Schwächung der Barriereschicht kommt, dass diese mechanisch leicht zu zerstören ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger in einem Anteil zwischen 0,01 und 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Barriereschicht, enthalten ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger eine Ti- Verbindung, insbesondere TiO2 und/oder ein Ti-Polyphosphat ist.
Ein erfindungsgemäßer Verpackungskörper kann zusätzlich einen Stabilisierungskörper umfassen. Der Stabilisierungskörper kann insbesondere mechanische Stabilität bereitstellen und selbst keine oder nur unzureichende Barriereeigenschaften bereitstellen. Durch diese Ausführungsform wird ermöglicht, die Dicke des Materials des Grundkörpers zu reduzieren, was zu einer Materialeinsparung führt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Stabilisierungskörper aus einem Material gebildet ist oder ein Material umfasst, das in großen Mengen und kostengünstig verfügbar ist.
Das Material des Stabilisierungskörpers kann ein Faservliesmaterial sein, beispielsweise Karton, Papier oder Pappe. Gegebenenfalls kann das Faservliesmaterial Kohlenstofffasern, Cellulosefasern, und/oder Lignocellulosefasern umfassen. Derartige Faservliesmaterialien sind beispielsweise wasserdurchlässig, können jedoch eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen. Eine hinreichende Wasserdichtheit wird bei Verpackungen für Lebensmittel jedoch meist gewünscht. In einem erfindungsgemäßen Verpackungskörper kann somit die mechanische Stabilität durch das Faservliesmaterial bereitgestellt werden, während der Grundkörper und die Barriereschicht weitere Eigenschaften, beispielsweise Wasserundurchlässigkeit bereitstellen.
Die Barriereschicht kann je nach Bedarf ausgebildet sein. Ebenfalls hier geoffenbart ist ein Verpackungskörper, insbesondere zur Aufbewahrung und/oder Verpackung von Lebensrnitteln, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, und wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial umfasst.
Das Barrierematerial kann eine SiOx-Schicht sein. Eine SiOx-Schicht umfasst Siliciumoxid/Siliciumdioxid. Ein derartiges Barrierematerial ist insbesondere chemisch inert weist beispielsweise Barriereeigenschaften gegenüber Wasser auf. Eine SiOx- Schicht kann durch Bedampfung, beispielsweise durch chemische Dampfphasenabscheidung (chemical vapor deposition - CVD) oder durch physikalische Dampfphasenabscheidung (physical vapor deposition - PVD) hergestellt werden.
Das Barrierematerial kann eine Aluminiumoxid-Schicht sein. Die Aluminiumoxidschicht kann ähnlich wie eine SiOx-Schicht hergestellt werden.
Das Barrierematerial kann eine Schicht aus einem geeigneten organisch-anorganischen Hybridpolymer sein. Ein organisch-anorganisches Hybridpolymer im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist ein Polymer, das chemisch miteinander verbundene organische Einheiten und anorganische Einheiten umfasst. Im Wesentlichen kann ein organisch-anorganisches Hybridpolymer als Copolymer aus organischen Einheiten und anorganischen Einheiten verstanden werden.
Die anorganischen Einheiten können insbesondere eines oder mehrere Metalloxid- Einheiten umfassen, beispielsweise Siliciumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid. Die organischen Einheiten können insbesondere polymerisierbare Einheiten sein, beispielsweise auf Basis von Hydroxyalkanoat, Milchsäure, Butylenadipat-terephthalat, Butylensuccinat, Stärke, Cellulose.
Das organisch-anorganische Hybridpolymer kann insbesondere in einem Sol-Gel- Verfahren hergestellt werden, in dem als Ausgangsstoff Metall-Alkanoate eingesetzt werden, die die gewünschten Metalle und die gewünschten polymerisierbaren Einheiten umfassen. Die Barriereschicht aus dem organisch-anorganischen Hybridpolymer kann beispielsweise in Form eines Lacks durch Streichen, Sprühen oder dergleichen auf den Grundkörper aufgebracht werden.
Eine Barriereschicht aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper aus einem biologisch abbaubaren Polymer angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend ein stärkebasiertes Polymer angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus einem organischanorganischen Hybridpolymer kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend Polymilchsäure angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus einem organischanorganischen Hybridpolymer kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend Polyhydroxyalkanoat angeordnet sein.
Eine Barriereschicht aus SiOx kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper aus einem biologisch abbaubaren Polymer angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus SiOx kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend ein stärkebasiertes Polymer angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus SiOx kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend Polymilchsäure angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus SiOx kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend Polyhydroxyalkanoat angeordnet sein.
Eine Barriereschicht aus Al-Oxid kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper aus einem biologisch abbaubaren Polymer angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus Al- Oxid kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend ein stärkebasiertes Polymer angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus Al-Oxid kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend Polymilchsäure angeordnet sein. Eine Barriereschicht aus Al-Oxid kann als Barriereschicht auf einem Grundkörper umfassend Polyhydroxyalkanoat angeordnet sein.
Gegebenenfalls können mehrere Barriereschichten vorgesehen sein. Beispielsweise kann am Grundkörper eine erste Barriereschicht angeordnet sein und an der ersten Barriereschicht kann eine zweite Barriereschicht angeordnet sein. Gegebenenfalls kann die erste Barriereschicht eine SiOx-Schicht sein. Gegebenenfalls kann die zweite Barriereschicht eine Schicht aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer sein.
Ebenfalls hier geoffenbart wird eine Folie, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, und wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer umfasst.
Ebenfalls hier geoffenbart wird ein Behälter, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, und wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer umfasst.
Ebenfalls hier geoffenbart wird eine Kapsel zur Herstellung von Brühgetränken, insbesondere eine Kaffeekapsel, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, und wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer umfasst.
Gegebenenfalls kann der Verpackungskörper eine Siegelschicht aufweisen. Die Siegelschicht kann die Verbindbarkeit des Verpackungskörpers beispielsweise mit einer Deckfolie oder einem anderen Verschlusselement verbessern. Die Siegelschicht kann direkt am Grundkörper, beabstandet von der Barriereschicht, angeordnet sein. Die Siegelschicht kann alternativ am Stabilisierungskörper angeordnet sein. Die Siegelschicht kann auch durch eine geeignete, insbesondere verschweißbare, Barriereschicht gebildet sein.
Gegebenenfalls betrifft die Erfindung einen Verpackungskörper, insbesondere zur Aufbewahrung und/oder Verpackung von Lebensmitteln, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, und wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial umfasst. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Grundkörper einen Polymer- Abbaubeschleuniger umfasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger ein UV- aktivierter Abbaubeschleuniger ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger kovalent an das biologisch abbaubare Polymer gebunden ist, und/oder dass der Polymer- Abbaubeschleuniger mit dem biologisch abbaubaren Polymer vermischt ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger eine Chromophor-Einheit umfasst, wobei die Chromophor-Einheit aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: konjugiertes rr-System, chinoides System, organische Nitrogruppe, Carbonylgruppe.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger am Absorptionsmaximum eine Absorption von wenigstens 0,5, bevorzugt von wenigstens 0,8, aufweist, wobei das Absorptionsmaximum im Bereich zwischen 100 nm und 600 nm, bevorzugt zwischen 100 nm und 380 nm, liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das biologisch abbaubare Polymer aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Polyhydroxyalkanoat, Polymilchsäure, Polybutylenadipat-terephthalat, Polybutylensuccinat, Stärke, Cellulose.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Barriereschicht UV-durchlässig ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Barrierematerial der Barriereschicht aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: SiOx, Al-Oxid, organischanorganisches Hybridpolymer.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Barriereschicht eine Wasserdampfpermeabilität von weniger als 1 g/m2*d, bevorzugt von weniger als 10 g/m2*d, aufweist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Barriereschicht eine Sauerstoffpermeabilität bei 23 °C und 50% rF von weniger als 100 cm3/m2*d, bevorzugt von weniger als 10 cm3/m2*d, aufweist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Grundkörper zusätzlich ein abbaubeschleunigendes Additiv umfasst, wobei das Additiv aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Cellulosefasern, eine Lewis-Säure, Citronensäure.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Barriereschicht einen Barriere- Abbaubeschleuniger umfasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger kovalent an das Barrierematerial gebunden ist und/oder dass der Polymer-Abbaubeschleuniger mit dem biologisch abbaubaren Polymer vermischt ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger eine Chromophor-Einheit umfasst, wobei die Chromophor-Einheit aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: konjugiertes rr-System, chinoides System, organische Nitrogruppe, Carbonylgruppe, Silangruppe.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger ein photosensibler Linker ist, der wenigstens zwei Einheiten und/oder Moleküle des Barrierematerials kovalent miteinander verbindet.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger ein photosensibles Polysilan ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Barriereschicht eine Polyvinylalkohol-Schicht ist, und dass der Barriere-Abbaubeschleuniger Titandioxid ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Barriereschicht eine Schicht aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer ist, und dass der Barriere-Abbaubeschleuniger Titandioxid ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Behälter zusätzlich einen Stabilisierungskörper umfasst, wobei das Material des Grundkörpers am Stabilisierungskörper angeordnet ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Stabilisierungskörper ein Faservlies, insbesondere Papier, umfasst, wobei das Faservlies gegebenenfalls Kohlenstofffasern, Cellulosefasern und/oder Lignocellulosefasern umfasst.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den Figuren sowie aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Nachfolgend wir die vorliegende Erfindung anhand exemplarischer Ausführungsbeispiele im Detail erläutert. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der Erfindung und sollen den Schutzbereich der Patentansprüche nicht einschränken.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Verpackungskörpers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Verpackungskörpers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Verpackungskörpers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Es wird angemerkt, dass die Figuren zur besseren Erkennbarkeit der einzelnen Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet sind.
Sofern nicht anders angegeben zeigen die Figuren einen Verpackungskörper 1 , einen Grundkörper 2, eine Barriereschicht 3, einen Stabilisierungskörper 4.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Verpackungskörpers 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Verpackungskörper 1 umfasst einen Grundkörper 2 aus einem biologisch abbaubaren Polymer sowie eine Barriereschicht 3, die den Grundkörper 2 an seiner Oberfläche vollständig umschließt. Der Verpackungskörper 1 kann beispielsweise als Tray zur temporären Verpackung von Fleisch eingesetzt werden.
Das biologisch abbaubare Polymer ist in diesem Ausführungsbeispiel ein UV- empfindliches Polyhydroxyalkanoat sowie TiO2 als Polymer-Abbaubeschleuniger. Das TiO2 wirkt als Radikalinitiator und liegt feinverteilt mit der Polyhydroxyalkanoat-Matrix vermischt vor. Die Korngröße des TiO2 beträgt unter 0,5 pm und es liegt in einem Gehalt zwischen 0,1 und 1 ,0 Gew.-% in Bezug auf die Masse des Grundkörpers vor.
Der Polymer-Abbaubeschleuniger wird durch UV-Strahlung aktiviert und bewirkt dadurch eine beschleunigte Degradation des Polymermaterials. Die mechanische Stabilität des Grundkörpers 2 wird durch das Aufbrechen von chemischen Bindungen bei UV-Einstrahlung reduziert.
Wird der Verpackungskörper 1 beispielsweise unsachgemäß entsorgt und gelangt in ein Gewässer, etwa ein Meer oder einen Ozean, wird er konstant starker UV-Einstrahlung ausgesetzt und die Beanspruchung durch Wellenbewegungen führt zu einer mechanischen Zerkleinerung des destabilisierten Materials. Dadurch werden Flächen freigesetzt, die keine Barrierebeschichtung tragen und allgemein wird die Angriffsfläche für chemische und biologische Abbaumechanismen erhöht. Dies führt zu einer rascheren Abbauzeit des Polymermaterials.
Die Barriereschicht 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine SiOx-Schicht, die durch ein Plasma-Abscheideverfahren hergestellt wurde. Die Barriereschicht bietet eine gute Barriere gegenüber Wasser und anderen Flüssigkeiten. Dies ist für den Abbau des Grundkörpers unzuträglich, wobei dieser Nachteil durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Polymer-Abbaubeschleunigers gemildert wird.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Barriereschicht 3 statt der SiOx-Schicht eine Schicht aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer sein, die SiO-Einheiten und Hydroxyalkanoat-Einheiten umfasst. Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Verpackungskörpers 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Verpackungskörper 1 umfasst einen Grundkörper 2 aus einem biologisch abbaubaren Polymer sowie eine Barriereschicht 3, die beidseitig an einer Oberfläche des Grundkörpers 2 angeordnet ist. Der Verpackungskörper 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Folie.
Das biologisch abbaubare Polymer ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Blend aus etwa 40 Gew.-% Polyhydroxyalkanoat und etwa 59 Gew.-% thermoplastischer Stärke.
In anderen Ausführungsformen können zwischen 30 und 70 Gew.-% Polyhydroxyalkanoat und zwischen 70 Gew.-% und 30 Gew.-% thermoplastische Stärke enthalten sein. Diese Blends sind unter wässrigen Bedingungen rasch abbaubar.
Der Grundkörper 2 umfasst zusätzlich einen Polymer-Abbaubeschleuniger, der in diesem Ausführungsbeispiel Citronensäure in einem Anteil von 0,5 Gew.-% bezogen auf die Masse des Grundkörpers 2 ist. Die Citronensäure bewirkt eine Säurekatalyse und trägt so zu, Abbau des Polymers bei.
Im Grundkörper 2 dieses Ausführungsbeispiels sind ferner 0,5 Gew.-% Glycerin als Weichmacher enthalten.
Die Barriereschicht 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Beschichtung auf Basis von Polyvinylalkohol unter Beimischung von Titanoxid. Titanoxid wirkt erfindungsgemäß als Barriere-Abbaubeschleuniger. Das TiÜ2 ist in einem Gehalt zwischen 0,1 und 1 ,0 Gew.-% in der Barriereschicht enthalten und die Korngröße des TiÜ2 beträgt weniger als 0,5 pm. Der Barriere-Abbaubeschleuniger ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Radikalinitiator, der bei UV-Einstrahlung aktiviert wird. Die erzeugten Radikale bewirken eine Destabilisierung der Barriereschicht 3.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Barriereschicht 3 statt der Polyvinylalkohol-Schicht eine Schicht aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer sein. Auch in diesem Beispiel kann der Barriere-Abbaubeschleuniger Titanoxid sein. Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Verpackungskörpers 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Verpackungskörper 1 umfasst einen Grundkörper 2 aus einem biologisch abbaubaren Polymer sowie eine Barriereschicht 3, die den Grundkörper 2 an seiner Oberfläche vollständig umschließt. Der Verpackungskörper 1 kann beispielsweise als Tray zur temporären Verpackung von Fleisch eingesetzt werden. Die Zusammensetzung der Materialien entspricht jener aus dem ersten Ausführungsbeispiel und wird daher an dieser Stelle nicht nochmals erläutert. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Verpackungskörper 1 einen Stabilisierungskörper 4, der angrenzend an den beschichteten Grundkörper 2 angeordnet ist. Dadurch kann der Grundkörper 2 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel dünner sein, wodurch Material eingespart wird. Für die eigentliche mechanische Stabilisierung des Verpackungskörpers 1 sorgt in diesem Ausführungsbeispiel der Stabilisierungskörper 4, der aus einem Faservlies aus Lignocellulose gebildet ist.
In einem vierten Ausführungsbeispiel ist der Verpackungskörper 1 wie in Fig. 1 dargestellt ausgeführt, die Zusammensetzung von Grundkörper 2 und Barriereschicht 3 unterscheiden sich jedoch vom ersten Ausführungsbeispiel.
Im diesem vierten Ausführungsbeispiel umfasst der Grundkörper 2 etwa 75 Gew.-% Polyhydroxyalkanoat und 25 Gew.-% Holzmehl, das als heterogen verteilter Polymer- Abbaubeschleuniger mit dem Polymer vermischt ist. Der Grundkörper 2 ist somit ein Verbundmaterial, welches Polyhydroxyalkanoat und Holzmehl umfasst. Der Polymer- Abbaubeschleuniger bewirkt eine mechanische Destabilisierung des Grundkörpers 2, sodass dieser bei Einwirkung von Umwelteinflüssen in kleinere Partikel zerfällt, die in weiterer Folge aufgrund der großen Oberfläche rascher abbaubar sind.
Die Barriereschicht 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Beschichtung auf Basis von Polyvinylalkohol unter Beimischung von Titanoxid. Titanoxid wirkt erfindungsgemäß als Barriere-Abbaubeschleuniger. Das TiO2 ist in einem Gehalt zwischen 0,1 und 1 ,0 Gew.-% in der Barriereschicht enthalten und die Korngröße des TiO2 beträgt weniger als 0,5 pm. Der Barriere-Abbaubeschleuniger ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Radikalinitiator, der bei UV-Einstrahlung aktiviert wird. Die erzeugten Radikale bewirken eine Destabilisierung der Barriereschicht 3.

Claims

Patentansprüche
1 . Verpackungskörper, insbesondere zur Aufbewahrung und/oder Verpackung von Lebensmitteln, umfassend einen Grundkörper sowie eine am Grundkörper angeordnete Barriereschicht, wobei der Grundkörper ein biologisch abbaubares Polymer umfasst, und wobei die Barriereschicht ein Barrierematerial umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht einen Barriere- Abbaubeschleuniger umfasst.
2. Verpackungskörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper einen Polymer-Abbaubeschleuniger umfasst.
3. Verpackungskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymer- Abbaubeschleuniger ein UV-aktivierter Abbaubeschleuniger ist.
4. Verpackungskörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger kovalent an das biologisch abbaubare Polymer gebunden ist, und/oder dass der Polymer-Abbaubeschleuniger mit dem biologisch abbaubaren Polymer vermischt ist.
5. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger eine Chromophor-Einheit umfasst, wobei die Chromophor-Einheit aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: konjugiertes rr-System, chinoides System, organische Nitrogruppe, Carbonylgruppe.
6. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger am Absorptionsmaximum eine Absorption von wenigstens 0,5, bevorzugt von wenigstens 0,8, aufweist, wobei das Absorptionsmaximum im Bereich zwischen 100 nm und 600 nm, bevorzugt zwischen 100 nm und 380 nm, liegt.
7. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger ein heterogen im Grundkörper enthaltenes, und insbesondere ein den Grundkörper mechanisch destabilisierendes, Material ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymer-Abbaubeschleuniger einen oder mehrere der folgenden Stoffen umfasst: Tonmaterialien, Cellulosefasern, Fasern von Cellulosederivaten, Holzfasern, Mineralstoffe, pflanzliche Fasern. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das biologisch abbaubare Polymer aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Polyhydroxyalkanoat, Polymilchsäure, Polybutylenadipat- terephthalat, Polybutylensuccinat, Stärke, Cellulose. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht UV-durchlässig ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Barrierematerial der Barriereschicht aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: SiOx, Al-Oxid, organisch-anorganisches Hybridpolymer. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht eine Wasserdampfpermeabilität von weniger als 1 g/m2*d, bevorzugt von weniger als 10 g/m2*d, aufweist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht eine Sauerstoffpermeabilität bei 23 °C und 50% rF von weniger als 100 cm3/m2*d, bevorzugt von weniger als 10 cm3/m2*d, aufweist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper zusätzlich ein abbaubeschleunigendes Additiv umfasst, wobei das Additiv aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Cellulosefasern, eine Lewis-Säure, Citronensäure. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger kovalent an das Barrierematerial gebunden ist und/oder dass der Polymer-Abbaubeschleuniger mit dem biologisch abbaubaren Polymer vermischt ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger ein heterogener und/oder UV-aktivierter Photokatalysator ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger eine Chromophor-Einheit umfasst, wobei die Chromophor-Einheit aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: konjugiertes rr-System, chinoides System, organische Nitrogruppe, Carbonylgruppe, Silangruppe. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger ein photosensibler Linker ist, der wenigstens zwei Einheiten und/oder Moleküle des Barrierematerials kovalent miteinander verbindet. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger ein photosensibles Polysilan ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht eine Polyvinylalkohol-Schicht ist, und dass der Barriere- Abbaubeschleuniger Titandioxid ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht eine Schicht aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer ist, und dass der Barriere-Abbaubeschleuniger Titandioxid ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht eine Dicke zwischen 1 und 10 pm aufweist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger in einem Anteil zwischen 0,01 und 1 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Barriereschicht, enthalten ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Barriere-Abbaubeschleuniger eine Ti-Verbindung, insbesondere TiO2 und/oder ein Ti-Polyphosphat ist. Verpackungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zusätzlich einen Stabilisierungskörper umfasst, wobei das Material des Grundkörpers am Stabilisierungskörper angeordnet ist. Verpackungskörper nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskörper ein Faservlies, insbesondere Papier, umfasst, wobei das Faservlies gegebenenfalls Kohlenstofffasern, Cellulosefasern und/oder Lignocellulosefasern umfasst.
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