WO2024120747A1 - Thermoplastisches material - Google Patents

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WO2024120747A1
WO2024120747A1 PCT/EP2023/081499 EP2023081499W WO2024120747A1 WO 2024120747 A1 WO2024120747 A1 WO 2024120747A1 EP 2023081499 W EP2023081499 W EP 2023081499W WO 2024120747 A1 WO2024120747 A1 WO 2024120747A1
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WO
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weight
concentration
thermoplastic material
dried state
total
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Application number
PCT/EP2023/081499
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Josef H. WENDER
Dr. Timo PORSCH
Wolfgang PORSCH
Original Assignee
Periplast Werkzeugbau Und Kunststoffverarbeitung Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Periplast Werkzeugbau Und Kunststoffverarbeitung Gmbh & Co. Kg filed Critical Periplast Werkzeugbau Und Kunststoffverarbeitung Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2024120747A1 publication Critical patent/WO2024120747A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0001—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor characterised by the choice of material

Definitions

  • the invention relates to a thermoplastic material and a method for producing a molded body from a thermoplastic material and to a molded body.
  • thermoplastic materials that contain starch and other components are known from the state of the art, for example EP 0 397 819 A1.
  • Such thermoplastic materials can be used as biodegradable materials that can be produced from renewable resources. Due to the increased environmental awareness of consumers in the past, such materials are enjoying increasing popularity.
  • Materials containing starch are also known from US 2012/0022188 A1. However, these materials contain significant amounts of petroleum-based plastics. These in turn have a negative effect on biodegradability. Overall, there is therefore a conflict of objectives between the properties of the known materials.
  • the properties that are important for materials of the type in question include in particular their resistance to moisture, but also their other, particularly mechanical, properties, their processability, which includes in particular flowability during injection molding, but also their biodegradability.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a thermoplastic material and a method for producing a molded body from a thermoplastic material, as well as a molded body which has an overall advantageous combination of the above-mentioned properties and which has at least satisfactory properties with regard to durability, mechanical properties, processability and degradability.
  • thermoplastic material that contains starch and other components.
  • the other components include cellulose and talc as fillers.
  • the other components also include sorbitol as a plasticizer in a concentration of at least 5% by weight and at most 9.5% by weight of sorbitol based on the total weight of the material in the dried state. It has been shown that particularly good mechanical properties can be achieved by combining these fillers with sorbitol as a plasticizer in the specified concentration range. In particular, a good compromise between tensile strength and ductility can be achieved.
  • the concentrations in the dried state with regard to the material and/or its Components are to be understood as including, in particular, the theoretical water-free concentrations after calculating out any residual moisture in the material and/or its components.
  • the residual moisture can be determined by means of a suitable measurement.
  • the concentration of the starch can be in particular at least 45% by weight, in particular at least 47.5% by weight and/or at most 55% by weight, in particular at most 52% by weight of starch based on the total weight of the material in the dried state.
  • the starch can in particular be corn starch.
  • the other components can also include other fillers.
  • the other fillers can be, in particular, chalk, bentonite, mustard seed shells, organic fibers and/or waste materials. It has proven advantageous if the total concentration of the fillers is at least 22.5% by weight, in particular at least 26% by weight and/or at most 37% by weight, in particular at most 33% by weight, based on the total weight of the material in the dried state.
  • the other components can comprise talc as a filler in a concentration of at least 21% by weight, in particular at least 23.6% by weight, and/or at most 29% by weight, in particular at most 27% by weight, of talc based on the total weight of the material in the dried state. It has been shown that with this concentration of talc as a filler, very good mechanical properties can be achieved, while the material still remains sufficiently processable.
  • the further components may comprise cellulose as a filler in a concentration of at least 1.5% by weight, in particular 2.4% by weight, and/or at most 8% by weight, in particular at most 6% by weight, of cellulose based on the total weight of the material in the dried state. It has been shown that at this concentration of Cellulose in particular allows good surface qualities of the material to be achieved.
  • the other components can comprise plasticizers in a total concentration of at least 16.5% by weight, in particular at least 19% by weight and/or at most 25.3% by weight, in particular at most 23.3% by weight of plasticizer, based on the total weight of the material in the dried state. It has been shown that this content of plasticizer leads to a particularly good compromise between hardness, strength, ductility and flow behavior during processing in a material of the type in question.
  • the further constituents may comprise glycerin as a plasticizer in a concentration of at least 11.5% by weight, in particular at least 12.5% by weight and/or at most 15.8% by weight, in particular at most 14.8% by weight of glycerin based on the total weight of the material in the dried state.
  • the further constituents may comprise sorbitol as a plasticizer in a concentration of at least 5% by weight, in particular at least 6.5% by weight and/or at most 9.5% by weight, in particular at most 8.5% by weight of sorbitol based on the total weight of the material in the dried state.
  • the material may also comprise other components. These other components are in particular components that are biodegradable and/or consist of renewable raw materials and/or are bio-inert inorganic components.
  • the material is free of petroleum-based components, and in particular free of petroleum-based plastics as a component.
  • Petroleum-based components in particular petroleum-based plastics, have a negative effect on the biodegradability of the material or molded articles made from it.
  • the proportion of biogenic carbon in the total carbon of the material can be at least 99%.
  • the proportion of biogenic carbon in the total carbon of the material is to be understood in particular as the proportion of biogenic carbon in the total carbon of the material determined according to ASTM D 6866.
  • thermoplastic material is industrially compostable and/or home compostable.
  • a home compostable material is understood to mean a material that is considered home compostable according to the standard NF T51 - 800:2015-11-14.
  • an industrially compostable material is understood to mean a material that is considered industrially compostable according to the standard DIN EN 13432:2000-12.
  • the method for producing the material can provide that the components of the thermoplastic material described above are filled into an extruder and extruded.
  • the extruder in particular causes the material to be pressed through the nozzles.
  • the extruder can in particular be a twin-screw extruder.
  • the extruder not only extrudes but also melts and/or homogenizes the material.
  • the components are mixed before extrusion, i.e. in particular before the mixed components of the material are introduced into the extruder, in particular the twin-screw extruder.
  • the mixing and/or the extrusion is carried out in such a way that the residual moisture of the material and/or of its components immediately before and/or immediately at the start of the extrusion is less than 3% by weight.
  • the mixing and/or the extrusion is carried out in such a way that the residual moisture of the material and/or of its components immediately before and/or immediately at the start of the extrusion is less than 2% by weight.
  • the material and/or its components can be dried during the mixing. It has been shown that, in conjunction with the compositions described above, the production of a starch-based thermoplastic material can also be successful with such low residual moisture of the components or of the resulting thermoplastic material.
  • thermoplastic material described above can be used as a starting material in a process for producing a molded body.
  • the material can be in the form of granules, for example.
  • it can be formed into strands through nozzles and then cut, in particular into sections a few millimeters long.
  • the extruder in particular presses the material through the nozzles.
  • the method for producing a molded body provides that a thermoplastic material described above and/or a thermoplastic material produced as described above is processed into a molded body. It has been shown that such a thermoplastic material can be used to produce molded bodies.
  • the process for producing a molded body from the thermoplastic material can in particular be an injection molding process. Injection molding processes are particularly suitable for the cost-effective production of molded bodies in large quantities. It has been shown that the material described above or produced as described above is well suited to processing by means of injection molding.
  • thermoplastic material has good flowability even with low residual moisture has a particularly positive effect.
  • starch-based thermoplastic materials are often mixed with water and processed in specialised injection moulding machines in which the material is dried. This leads to longer cycle times and thus high unit costs.
  • the material described can be processed in an injection moulding machine in particular with a residual moisture content of less than 1% by weight.
  • the material can be heated to a temperature of at least 180°C, in particular at least 190°C, and/or at most 210°C, in particular at most 230°C, to liquefy it. This enables the use of standard plastic injection moulding machines for thermoplastics and also short cycle times.
  • the injection molding process can be carried out in a hot runner injection molding system.
  • the hot runner injection molding systems can in particular have needle valves for the injection molding nozzles.
  • Such injection molding systems offer the advantage that the material is kept liquid up to the nozzle outlet. This avoids the formation of a sprue. On the one hand, this avoids the formation of waste material or the need for corresponding post-processing, and on the other hand, the quality of the molded bodies that can be produced is increased by the absence of a sprue. Further practical embodiments and advantages of the invention are described below in conjunction with the drawings.
  • Fig. 9 to 18 Measurements of mechanical properties of a particularly advantageous material composition in comparison to comparison compositions with different proportions of the plasticizers sorbitol and glycerin.
  • concentrations of the different components in particular the total concentration of fillers and plasticizers, as well as the concentrations of sorbitol, glycerin, talc and cellulose, influence each other with regard to the properties of the resulting materials.
  • Figures 1 to 4 show the results of mechanical tests on thermoplastic materials containing different amounts of talc as a filler.
  • concentrations of the components of the individual materials can be found in Table 1 below:
  • Figures 5 to 8 show the results of mechanical tests on thermoplastic materials containing different amounts of cellulose as a filler.
  • concentrations of the components of the individual materials can be found in Table 2 below: Table 2
  • thermoplastic material Based on the measurements carried out, an exemplary thermoplastic material has proven to be particularly advantageous in terms of the overall properties. Its composition is shown below in Table 3:
  • the strength values i.e. hardness, tensile modulus, flexural modulus, flexural strength and tensile strength of the exemplary material in particular have good values compared to the comparison materials.
  • the mechanical properties show a strong dependence on the total concentration of the plasticizers contained.
  • the exemplary material represents an optimization within this fundamental context, which not only leads to a good profile of mechanical properties, but also enables the material to be processed well.
  • the exemplary material can be processed in injection molding machines in a dry state, i.e. in particular with residual moisture of less than one percent. This means that unmodified plastic injection molding machines can be used, which would not make sense to use with starch-based thermoplastic materials that require a significant water content to achieve satisfactory flowability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermoplastisches Material, wobei das Material Stärke und weitere Bestandteile enthält, wobei die weiteren Bestandteile Cellulose und Talkum als Füllstoffe umfassen, wobei die weiteren Bestand- teile Sorbitol als Plastifizierungsmittel in einer Konzentration von wenigs- tens Gew.% und höchstens 9,5 Gew.% Sorbitol bezogen auf das Gesamt- gewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen.

Description

Thermoplastisches Material
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein thermoplastisches Material sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem thermoplastischen Material sowie einen Formkörper.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der EP 0 397 819 A1 , sind thermoplastische Materialien bekannt, die Stärke und weitere Bestandteile enthalten. Derartige thermoplastische Materialien sind als biologisch abbaubare und aus nachwachsenden Ressourcen herstellbare Werkstoffe einsetzbar. Aufgrund des in der Vergangenheit gestiegenen Umweltbewusstseins von Verbrauchern erfreuen sich derartige Materialien steigender Beliebtheit.
Nachteilig an derartigen Materialien jedoch ist, dass diese für viele Verwendungen keine hinreichende Beständigkeit, beispielsweise gegenüber Feuchtigkeit, aufweisen. Dies macht Materialien der in Rede stehenden Art für viele Anwendungen derzeit noch ungeeignet. So können beispielsweise Utensilien, die typischerweise in Badezimmern Anwendung finden, aufgrund der dort vorherrschenden hohen Luftfeuchtigkeit in der Regel nicht sinnvoll aus Materialien der in Rede stehenden Art hergestellt werden, da sie Feuchtigkeit aufnehmen und dadurch derart schnell aufweichen würden, dass sie sich kaum zur Herstellung von Produkten mit einer sinnvollen Lebensdauer unter derartigen Bedingungen eignen würden.
Aus der US 2012/0022188 A1 sind ebenfalls Materialien mit einem Anteil Stärke bekannt. Diese Materialien weisen jedoch signifikante Anteile erdölbasierter Kunststoffe auf. Diese wirken sich wiederum negativ auf die biologische Abbaubarkeit aus. Insgesamt ergibt sich daher bei den bekannten Materialien ein Zielkonflikt zwischen deren Eigenschaften der Materialien. Zu den Eigenschaften, die für Materialien der in Rede stehenden Art von Bedeutung sind, zählen insbesondere deren Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, aber auch deren sonstige, insbesondere mechanische, Eigenschaften, deren Verarbeitbarkeit, zu der insbesondere die Fließfähigkeit beim Spritzgießen gehört, aber auch deren biologische Abbaubarkeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein thermoplastisches Material und ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem thermoplastischen Material sowie einen Formkörper aufzuzeigen, bei dem eine insgesamt vorteilhafte Kombination der vorstehend genannten Eigenschaften vorliegt und das im Hinblick auf Beständigkeit, mechanische Eigenschaften, Verarbeitbarkeit und Abbaubarkeit jeweils zumindest zufriedenstellende Eigenschaften aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Material und ein Verfahren sowie einen Formkörper mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird durch ein thermoplastisches Material gelöst, das Stärke und weitere Bestandteile enthält. Die weiteren Bestandteile umfassen Cellulose und Talkum als Füllstoffe. Weiter umfassen die weiteren Bestandteile Sorbitol als Plastifizierungsmittel in einer Konzentration von wenigstens 5 Gew.% und höchstens 9,5 Gew.% Sorbitol bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand. Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Kombination dieser Füllstoffe mit Sorbitol als Plastifizierungsmittel in dem angegebenen Konzentrationsbereich besonders gute mechanische Eigenschaften erzielen lassen. Insbesondere lässt sich ein guter Kompromiss zwischen Zugfestigkeit und Duktilität erreichen.
In der Praxis stellt sich eine Trocknung der Bestandteile auf eine Restfeuchte von 0 Gew.% oft schwierig dar, daher sind unter den Konzentrationen im getrockneten Zustand im Hinblick auf das Material und/oder dessen Bestandteile insbesondere auch die theoretischen wasserfreien Konzentrationen nach dem herausrechen einer etwaigen noch vorhandenen Restfeuchte des Materials und/oder seiner Bestandteile zu verstehen. Die Restfeuchte kann hierfür durch eine geeignete Messung ermittelt werden.
Die Konzentration der Stärke kann insbesondere wenigstens 45 Gew.% , insbesondere wenigstens 47,5 Gew.% und/oder höchstens 55 Gew.%, insbesondere höchstens 52 Gew.% Stärke bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand betragen. Bei der Stärke kann es sich insbesondere um Maisstärke handeln.
Die weiteren Bestandteile können darüber hinaus weitere Füllstoffe umfassen. Bei den weiteren Füllstoffen kann es sich insbesondere um Kreide, Bentonit, Senfsaatschalen, organische Fasern und/oder Abfallstoffe handeln. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Gesamtkonzentration der Füllstoffe wenigstens 22,5 Gew.%, insbesondere wenigstens 26 Gew.% und/oder höchstens 37 Gew.%, insbesondere höchstens 33 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand beträgt.
Insbesondere können die weiteren Bestandteile Talkum als Füllstoff in einer Konzentration wenigstens 21 Gew.%, insbesondere wenigstens 23,6 Gew.%, und/oder höchstens 29 Gew.%, insbesondere höchstens 27 Gew.%, Talkum bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen. Es hat sich gezeigt, dass sich bei dieser Konzentration des Talkums als Füllstoff sehr gute mechanische Eigenschaften erreichen lassen, wobei immer noch eine hinreichende Verarbeitbarkeit des Materials gegeben bleibt.
Insbesondere können die weiteren Bestandteile Cellulose als Füllstoff in einer Konzentration von wenigstens 1 ,5 Gew.%, insbesondere 2,4 Gew.%, und/oder höchstens 8 Gew.%, insbesondere höchstens 6 Gew.%, Cellulose bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen. Es hat sich gezeigt, dass sich bei dieser Konzentration der Cellulose insbesondere gute Oberflächenqualitäten des Materials erzielen lassen.
Insbesondere können die weiteren Bestandteile Plastifizierungsmittel in einer Gesamtkonzentration von wenigstens 16,5 Gew.% , insbesondere wenigstens 19 Gew.% und/oder höchstens 25,3 Gew.%, insbesondere höchstens 23,3 Gew.% Plastifizierungsmittel bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen. Es hat sich gezeigt, dass dieser Gehalt an Weichmacher bei einem Material der in Rede stehenden Art zu einem besonders guten Kompromiss zwischen Härte, Festigkeit, Duktilität und Fließverhalten bei der Verarbeitung führt.
Insbesondere können die weiteren Bestandteile Glycerin als Plastifizierungsmittel in einer Konzentration von wenigstens 11 ,5 Gew.% , insbesondere wenigstens 12,5 Gew.% und/oder höchstens 15,8 Gew.%, insbesondere höchstens 14,8 Gew.% Glycerin bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen.
Insbesondere können die weiteren Bestandteile Sorbitol als Plastifizierungsmittel in einer Konzentration von wenigstens 5 Gew.% , insbesondere wenigstens 6,5 Gew.% und/oder höchstens 9,5 Gew.%, insbesondere höchstens 8,5 Gew.% Sorbitol bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen.
Es hat sich gezeigt, dass bei dem Einsatz von Glycerin und Sorbitol als Plastifizierungsmittel bzw. als Weichmacher in exakt diesen Konzentrationen eine signifikant gesteigerte Beständigkeit des thermoplastischen Materials bzw. aus dem thermoplastischen Material hergestellter Gegenstände gegenüber Feuchtigkeit beobachtet werden kann. Dabei spielt überraschenderweise insbesondere auch die Relation der Mengen von Sorbitol und Glycerin zueinander auch eine Rolle. Das Material kann zusätzlich zu den vorstehend genannten Bestandteilen auch weitere Bestandteile umfassen. Bei diesen weiteren Bestandteilen handelt es sich insbesondere um Bestandteile, die biologisch abbaubar sind und/oder aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und/oder bei denen es sich um bioinerte anorganische Bestandteile handelt.
Insbesondere ist das Material frei von erdölbasierten Bestandteilen, weiter insbesondere frei von erdölbasierten Kunststoffen als Bestandteil. Erdölbasierte Bestandteile, insbesondere erdölbasierte Kunststoffe, wirken sich negativ auf die biologische Abbaubarkeit des Materials bzw. daraus hergestellter Formkörper aus. Alternativ und/oder ergänzend kann der Anteil des biogenen Kohlenstoffs am gesamten Kohlenstoff des Materials wenigstens 99% betragen. Der Anteil des biogenen Kohlenstoffs am gesamten Kohlenstoff des Materials ist in diesem Zusammenhang insbesondere der nach ASTM D 6866 bestimmte Anteil des biogenen Kohlenstoffs am gesamten Kohlenstoff des Materials zu verstehen.
Insbesondere sind die Bestandteile derart ausgewählt, dass das thermoplastische Material industriell kompostierbar und/oder heimkompostierbar ist. In diesem Zusammenhang ist unter einem heimkompostierbaren Material insbesondere ein Material zu verstehen, dass nach der Norm NF T51 - 800:2015-11-14 als heimkompostierbar gilt. Unter einem industriell kompostierbaren Material ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Material zu verstehen, dass nach der Norm DIN EN 13432:2000-12 als industriell kompostierbar gilt.
Das Verfahren zur Herstellung des Materials kann vorsehen, dass die Bestandteile des vorstehend beschriebenen thermoplastischen Materials in einen Extruder gefüllt und extrudiert werden. Der Extruder bewirkt insbesondere das Pressen des Materials durch die Düsen. Bei dem Extruder kann es sich insbesondere um einen Doppelschneckenextruder handeln. Der Extruder bewirkt bei der Durchführung des Verfahrens neben der Extrusion insbesondere auch ein Aufschmelzen und/oder ein homogenisieren des Materials. Insbesondere erfolgt ein Durchmischen der Bestandteile vor der Extrusion, d.h. also insbesondere vor dem Einbringen der durchmischten Bestandteile des Materials in den Extruder, insbesondere den Doppelschneckenextruder.
Vorzugsweise wird die Durchmischung und/oder die Extrusion derart durchgeführt, dass die Restfeuchte des Materials und/oder von dessen Bestandteilen unmittelbar vor und/oder unmittelbar zu Beginn der Extrusion unter 3 Gew.% beträgt. Besonders bevorzugt wird die Durchmischung und/oder die Extrusion derart durchgeführt, dass die Restfeuchte des Materials und/oder von dessen Bestandteilen unmittelbar vor und/oder unmittelbar zu Beginn der Extrusion unter 2 Gew.% beträgt. Insbesondere kann während des Durchmischens eine Trocknung des Materials und/oder seiner Bestandteile erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Zusammensetzungen die Erzeugung eines thermoplastischen Materials auf Stärkebasis auch mit derartig geringen Restfeuchten der Bestandteile bzw. des resultierenden thermoplastischen Materials gelingen kann.
Das vorstehend beschriebene thermoplastische Material kann in einem Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers als Ausgangsmaterial dienen. Hierfür kann das Material beispielsweise in Gestalt eines Granulats vorliegen. Zu diesem Zweck kann es durch Düsen zu Strängen geformt und anschließend, insbesondere in wenige Millimeter lange, Abschnitte geschnitten werden. Der Extruder bewirkt insbesondere das Pressen des Materials durch die Düsen.
Das Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers sieht vor, dass ein vorstehend beschriebenes thermoplastischen Material und/oder ein wie vorstehend beschrieben hergestelltes thermoplastisches Material zu einem Formkörper verarbeitet wird. Es hat sich gezeigt, dass ein solches thermoplastisches Material zur Herstellung von Formkörpern genutzt werden kann. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus dem thermoplastischen Material kann es sich insbesondere um ein Spritzgussverfahren handeln. Spritzgussverfahren eignen sich insbesondere zur kostengünstigen Herstellung von Formkörpern in großen Stückzahlen. Es hat sich gezeigt, dass sich das vorstehend beschriebene bzw. das wie vorstehend beschrieben hergestellte Material gut für die Verarbeitung mittels Spritzgussverfahren eignet.
Dabei wirkt sich insbesondere die Tatsache positiv aus, dass das thermoplastische Material auch bei geringer Restfeuchte eine gute Fließfähigkeit aufweist. In der Praxis werden stärkebasierte thermoplastische Materialien häufig mit Wasser versetzt und spezialisierten Spritzgussmaschinen verarbeitet, in denen eine Trocknung des Materials erfolgt. Dies führt zu längeren Zykluszeiten und damit hohen Stückkosten. Das beschriebene Material kann insbesondere mit einer Restfeuchte von weniger als 1 Gew.% in einer Spritzgussmaschine verarbeitet werden. Dabei kann das Material zu seiner Verflüssigung auf eine Temperatur von wenigstens 180°C, insbesondere wenigstens 190°C, und/oder höchstens 210°C, insbesondere höchstens 230°C, erhitzt werden. Dies ermöglicht zum einen die Verwendung von Standard-Kunststoffspritzgussmaschinen für thermoplastische Kunststoffe und zum anderen kurze Taktzeiten.
Insbesondere kann das Spritzgussverfahren in einem Heißkanal-Spritzguss- System durchgeführt werden. Die Heißkanal-Spritzguss-Systeme können dabei insbesondere Nadelverschlüsse der Spritzguss-Düsen aufweisen. Derartige Spritzguss-Systeme bieten den Vorteil, dass das Material bis an den Austritt der Düse heran flüssig gehalten wird. So wird die Entstehung eines Angusses vermieden. Das vermeidet zum einen die Entstehung von Abfallmaterial bzw. die Notwendigkeit einer entsprechenden Nachbearbeitung, zum anderen wird die Qualität der erzeugbaren Formkörper durch das Fehlen des Angusses gesteigert. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 bis 4: Messungen mechanischer Eigenschaften beispielhafter
Materialzusammensetzungen mit einer variierten Konzentration von Talkum als Füllstoff.
Fig. 5 bis 8: Messungen mechanischer Eigenschaften beispielhafter
Materialzusammensetzungen mit einer variierten Konzentration von Cellulose als Füllstoff.
Fig. 9 bis 18 Messungen mechanischer Eigenschaften einer besonders vorteilhaften Materialzusammensetzung im Vergleich zu Vergleichszusammensetzungen mit unterschiedlichen Anteilen der Weichmacher Sorbitol und Glycerin.
Sämtliche im folgenden angegebenen Konzentrationsangaben beziehen sich auf das Material im getrockneten Zustand.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich die Konzentrationen der unterschiedlichen Bestandteile, insbesondere die Gesamtkonzentration der Füllstoffe und der Plastifizierungsmittel, sowie die Konzentrationen an Sorbitol, Glycerin, Talkum und Cellulose gegenseitig im Hinblick auf die Eigenschaften der resultierenden Materialien beeinflussen.
Im Folgenden sind daher lediglich beispielhafte Messungen für unterschiedliche Eigenschaften diverser Materialzusammensetzungen wiedergegeben.
In den Figuren 1 bis 4 sind die Ergebnisse mechanischer Prüfungen an thermoplastischen Materialien gezeigt, die unterschiedliche Anteile an Talkum als Füllstoff aufweisen. Die Konzentrationen der Bestandteile der einzelnen Materialien können der nachstehenden Tabelle 1 entnommen werden:
Tabelle 1
Figure imgf000011_0001
Es zeigt sich, dass mit steigender Konzentration an Talkum im betrachteten Konzentrationsbereich eine Verbesserung, insbesondere des Zugmoduls und der Zugfestigkeit erreicht werden kann. Die Schlagzähigkeit und die Dehnung (bis zum Bruch der Probe) nehmen von geringen Konzentrationen an Talkum kommend zunächst zu, sinken dann leicht und bleiben im Folgenden konstant.
Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass mit zu hohen Konzentrationen an Talkum die Abrasivität des Materials zunimmt, was sich auf dessen Verarbeitbarkeit auswirkt. Daher erscheint eine Steigerung des Anteils an Talkum über gewisse Grenzen, die auch von den weiteren Bestandteilen des Materials abhängen, hinaus nicht sinnvoll.
In den Figuren 5 bis 8 sind die Ergebnisse mechanischer Prüfungen an thermoplastischen Materialien gezeigt, die unterschiedliche Anteile an Cellulose als Füllstoff aufweisen. Die Konzentrationen der Bestandteile der einzelnen Materialien können der nachstehenden Tabelle 2 entnommen werden: Tabelle 2
Figure imgf000012_0001
Es zeigt sich, dass die Abhängigkeit der Eigenschaften von der Konzentration bei der Cellulose weniger eindeutig ist als beim Talkum. Insbesondere wird hinzu hohen Anteilen an Cellulose eine signifikante kontinuierliche Absenkung der Dehnung (bis zum Bruch der Probe) beobachtet. Bereits verhältnismäßig geringe Konzentrationen an Cellulose können jedoch die Zugfestigkeit signifikant steigern. Auf der Grundlage der durchgeführten Messungen hat sich ein beispielhaftes thermoplastisches Material als besonders vorteilhaft in der Gesamtschau der Eigenschaften erwiesen. Dessen Zusammensetzung ist im Folgenden in Tab. 3 wiedergegeben:
Tabelle 3
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In den folgenden Figuren 9 bis 18 sind die Ergebnisse der Messungen der Eigenschaften dieses Materials mit einem X markiert. Zusätzlich zu den Eigenschaften dieses Materials sind in den Figuren 9 bis 18 die Eigenschaften von Vergleichsmaterialien dargestellt. Die Zusammensetzungen der Vergleichsmaterialien sind gezielt im Hinblick auf das Verhältnis zwischen stärkeren Plastifizierungsmittel und das Verhältnis zwischen Glycerin und Sorbitol variiert worden. Die Zusammensetzungen der Vergleichs- materialien können anhand der Tabellen 4 bis 6 nachvollzogen werden:
Tabelle 4
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Tabelle 5
Figure imgf000013_0002
Tabelle 6
Figure imgf000014_0001
Es zeigt sich, dass insbesondere die Festigkeitswerte, also Härte, Zugmodul, Biegemodul, Biegefestigkeit und Zugfestigkeit des beispielhaften Materials im Vergleich zu den Vergleichsmaterialien gute Werte aufweisen. Dabei zeigen die mechanischen Eigenschaften erwartungsgemäß eine starke Abhängigkeit von der Gesamtkonzentration der enthaltenen Weichmacher. Das beispielhafte Material stellt sozusagen eine Optimierung innerhalb dieses grundsätzlichen Zusammenhangs dar, die nicht nur zu einem guten Profil mechanischer Eigenschaften führt, sondern darüber hinaus auch noch eine gute Verarbeitbarkeit des Materials ermöglicht. Insbesondere kann das beispielhafte Material im trockenen Zustand, d. h. insbesondere mit Restfeuchten von weniger als einem Prozent, in Spritzgussmaschinen verarbeitet werden. Dadurch können insbesondere unmodifizierte Kunststoffspritzgussmaschinen eingesetzt werden, deren Verwendung mit thermoplastischen Materialien auf Stärkebasis, die einen signifikanten Wasseranteil zum Erreichen einer befriedigenden Fließfähigkeit erfordern, nicht sinnvoll möglich wäre.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zu- ständigen Fachmanns variiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Thermoplastisches Material, wobei das Material Stärke und weitere Bestandteile enthält, wobei die weiteren Bestandteile Cellulose und Talkum als Füllstoffe umfassen, wobei die weiteren Bestandteile Sorbitol als Plastifizierungsmittel in einer Konzentration von wenigstens 5 Gew.% und höchstens 9,5 Gew.% Sorbitol bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen.
2. Material nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Stärke wenigstens 45 Gew.% , insbesondere wenigstens 47,5 Gew.% und/oder höchstens 55 Gew.%, insbesondere höchstens 52 Gew.% Stärke bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand beträgt.
3. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonzentration der Füllstoffe wenigstens 22,5 Gew.%, insbesondere wenigstens 26 Gew.%, und/oder höchstens 37 Gew.%, insbesondere höchstens 33 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand beträgt.
4. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Bestandteile Talkum als Füllstoff in einer Konzentration von wenigstens 21 Gew.%, insbesondere wenigstens 23,6 Gew.%, und/oder höchstens 29 Gew.%, insbesondere höchstens 27 Gew.%, Talkum bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen.
5. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Bestandteile Cellulose als Füllstoff in einer Konzentration von wenigstens 1 ,5 Gew.%, insbesondere 2,4 Gew.%, und/oder höchstens 8 Gew.%, insbesondere höchstens 6 Gew.%, Cellulose bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Bestandteile Plastifizierungsmittel in einer Gesamtkonzentration von wenigstens 16,5 Gew.% , insbesondere wenigstens 19 Gew.%, und/oder höchstens 25,3 Gew.%, insbesondere höchstens 23,3 Gew.%, Plastifizierungsmittel bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Bestandteile Glycerin als Plastifizierungsmittel in einer Konzentration von wenigstens 11 ,5 Gew.% , insbesondere wenigstens 12,5 Gew.%, und/oder höchstens 15,8 Gew.%, insbesondere höchstens 14,8 Gew.%, Glycerin bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Bestandteile Sorbitol als Plastifizierungsmittel in einer Konzentration von wenigstens 5 Gew.% , insbesondere wenigstens
6.5 Gew.%, und/oder höchstens 9,5 Gew.%, insbesondere höchstens
8.5 Gew.%, Sorbitol bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials im getrockneten Zustand umfassen. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material frei von erdölbasierten Bestandteilen, insbesondere frei von erdölbasierten Kunststoffen als Bestandteil, ist und/oder der Anteil des biogenen Kohlenstoffs am gesamten Kohlenstoff des Materials wenigstens 99% beträgt. Material nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile derart ausgewählt sind, dass das thermoplastische Material industriell kompostierbar und/oder heimkompostierbar ist. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Materials nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile des thermoplastischen Materials durchmischt und extrudiert werden, um das thermoplastische Material zu erhalten, wobei die Durchmischung und/oder die Extrusion derart durchgeführt, dass die Restfeuchte des Materials und/oder von dessen Bestandteilen unmittelbar vor und/oder unmittelbar zu Beginn der Extrusion unter 3 Gew.%, insbesondere unter 2 Gew.%, beträgt. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus einem thermoplastischen Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder aus einem nach einem Verfahren nach einem nach Anspruch 1 1 hergestellten thermoplastisches Material hergestellt wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material in einem Spritzgussverfahren, insbesondere in einem Heißkanalsystem, zu dem Formkörper verarbeitet wird, wobei das thermoplastische Material zu dessen Verflüssigung auf eine Temperatur von wenigstens 180°C, insbesondere wenigstens 190°C, und/oder höchstens 210°C, insbesondere höchstens 230°C, erhitzt wird. Formkörper, hergestellt aus einem Material nach Anspruch 1 bis 1 1 und/oder aus einem nach einem Verfahren nach Anspruch 1 1 hergestellten thermoplastisches Material und/oder hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 12 oder 13.
* * * * * * *
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