DE10140305A1

DE10140305A1 - Verfahren zur Herstellung im wesentlichen biologisch abbaubarer Gegenstände

Info

Publication number: DE10140305A1
Application number: DE2001140305
Authority: DE
Inventors: Alexander Maksimow; Harald Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2003-03-06
Also published as: WO2003022540A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung wasser-resistenter, insbesondere biologisch abbaubarer Gegenstände, mit folgenden Verfahrensschritten: DOLLAR A a) Herstellung einer ebenen, geschichteten Bahn, die aus wenigstens zwei Schichten besteht, nämlich DOLLAR A aa) aus einer Kissenschicht, die aus Cellulose-Fasern besteht, die in einem Airlaid-Verfahren gelegt und unter Hochdruck zu einer saugfähigen Bahn partiell fusioniert sind, DOLLAR A und DOLLAR A bb) aus wenigstens auf einer Seite der Kissenschicht aufgelegten thermoplastischen und wasser-resistenter Folienschicht, die aus einem polymeren Werkstoff besteht, DOLLAR A b) wobei mit einem auf die Schmelztemperatur der Folienschicht aufgeheizten Werkzeug auf die Bahn unter Druckanwendung eingewirkt wird, sich die Folienschicht mit der Kissenschicht verbindet und die Folienschicht sich unter Vernetzung und/oder Versprödung gegenüber dem Ursprungszustand versteift, DOLLAR A c) Vereinzeln von Gegenständen durch Abtrennen der geformten Bereich von der Bahn.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wasserresistenter, insbesondere biologisch abbaubarer Gegenstände aus Naturstoffen, bei denen an sich bekannte Ausgangsstoffe verwendet werden, die zu einem neuen Produkt verbunden werden.

Bekannt ist aus der EP 0 747 065 A1 eine zusammengesetzte Struktur, bestehend aus einem weichen Vliesstoff, der mit einer Folie laminiert ist. Die weicheren kissenartigen Vliesstoff-Schichten bestehen aus einem Polymer, das ein Milchsäure-Derivat ist, und die Folien bestehen aus einem biologisch abbaubaren, aliphatischen Polyester, so daß das Laminat insgesamt biologisch abbaubar ist.

Bekannt sind weiterhin biologisch abbaubare Einweggeschirre aus Cellulose, die vorwiegend aus recyceltem Industriekarton hergestellt sind.

Hingewiesen wird auch noch auf das US-Patent 5 861 216, das ein Verfahren zur Herstellung von wasser-resistenten, biologisch abbaubaren Produkten aus Stärke angibt. Hierbei wird eine Schicht aus biologisch abbaubaren Estern, beispielsweise der Phthalsäure verwendet.

Der beschriebene Stand der Technik, der sich noch erweitern läßt, läßt verschiedene Wünsche offen. Zum einen sollen Gegenstände, die mit Lebensmitteln oder mit Produkten aus der menschlichen Sphäre in Berührung kommen, nicht aus zweifelhaften Rohprodukten, wie Industriekarton, hergestellt werden. Zum anderen sollen die Erzeugnisse möglichst nicht aus einem Stoff hergestellt werden, der zwar biologisch abbaubar, aber doch ein Erdölderivat ist. Schließlich soll es möglich sein, die Erzeugnisse als Einwegprodukte möglichst preiswert herzustellen, die trotzdem gute Nutzungseigenschaften haben.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren, das folgenden Verfahrensschritt umfaßt:

a) Herstellung einer ebenen, geschichteten Bahn, die aus wenigstens zwei Schichten besteht, nämlich
- a) aus einer Kissenschicht, die aus Cellulose-Fasern besteht, die in einem Airlaid-Verfahren gelegt und unter Hochdruck zu einer saugfähigen Bahn partiell fusioniert sind, und
- b) aus wenigstens auf einer Seite der Kissenschicht aufgelegten thermoplastischen und wasser resistenter Folienschicht, die aus einem polymeren Werkstoff besteht,
b) wobei mit einem auf die Schmelztemperatur der Folienschicht aufgeheizten Werkzeug auf die Bahn unter Druckanwendung eingewirkt wird, sich die Folienschicht mit der Kissenschicht verbindet und die Folienschicht sich unter Vernetzung und/oder Versprödung gegenüber dem Ursprungszustand versteift,
c) Vereinzeln von Gegenständen durch Abtrennen der geformten Bereiche von der Bahn.

Soll das Verfahren zu Gegenständen führen, die vollständig biologisch abbaubar sind, so sind folgende Verfahrensschritte anzuwenden:

a) Herstellung einer ebenen, geschichteten Bahn, die aus wenigstens zwei Schichten besteht, nämlich
- a) aus einer Kissenschicht, die aus Cellulose-Fasern besteht, die in einem Airlaid-Verfahren gelegt und unter Hochdruck zu einer saugfähigen Bahn partiell fusioniert sind, und
- b) aus wenigstens auf einer Seite der Kissenschicht aufgelegten thermoplastischen, wasser-resistenten und biologisch abbaubaren Folienschicht, die aus einem polymeren Werkstoff, hergestellt aus einem Polysaccharid, welches Stärke, modifizierte Stärke, ein Stärkederivat oder ein Cellulosederivat sein kann, besteht,
b) wobei mit einem auf die Schmelztemperatur der Folienschicht aufgeheizten Werkzeug auf die Bahn unter Druckanwendung eingewirkt wird, sich die Folienschicht mit der Kissenschicht verbindet und die Folienschicht sich unter Vernetzung und/oder Versprödung gegenüber dem Ursprungszustand versteift,
c) Vereinzeln von Gegenständen durch Abtrennen der geformten Bereiche von der Bahn.

Insbesondere das Versteifen der auf einer oder auf beiden Seiten der Kissenschicht aufgelegten Folie läßt die Produktion von Tellern, Näpfen oder Bechern zu, die zwar nicht so steif sind, als wären sie aus Kunststharz gefertigt, die aber den Zweck eines Eßgeschirrs oder eines Trinkbechers ohne weiteres erfüllen.

Durch die Verwendung sehr reiner Cellulose als Kissenschicht und einer aus Polysacchariden hergestellten Folie lassen sich Derivate des Erdöls vermeiden. Beschrieben sind verwendbare Cellulose-Produkte in der europäischen Patentschrift EP 1 032 342. Die Erzeugnisse haben zunächst eine relativ gute Wasserresistenz, lassen sich aber im Bereich von Bodenbakterien, also in einem Milieu, in dem Kompost entsteht, relativ schnell und zuverlässig abbauen, so daß sich die Vorschrift gem. DIN V 54900 einhalten läßt. Die verwendeten Werkstoffe sind die Nahrungsquelle für Mikroorganismen, die diese zu Kohlendioxid, Wasser und Biomasse abbauen. Im vorliegenden Fall kann der vollständige Abbau durch geeignete, normierte Tests nachgewiesen werden.

Die gewünschten Gegenstände können in erster Linie dadurch hergestellt werden, daß im Verlaufe eines Tiefziehverfahrens eine über der Schmelztemperatur der Folie liegende Temperatur aufgebracht wird, die die Folie mit der Oberfläche der Kissenschicht verbindet. Dabei folgt die Kissenschicht den Konturen des Werkzeuges in überraschender Weise ohne zu zerreißen.

Es wird durch die Verbindung von Kissenschicht und thermoplastischer Folie erreicht, daß grundsätzlich ohne eine zusätzliche Verwendung von Klebstoffen zwischen der Folien- und der Kissenschicht ein guter adhäsiver Verbund stattfindet. Überraschend ist auch, daß bei Erwärmung im Bereich des Schmelzpunktes der Folie über mehrere Sekunden und anschließende Abkühlung die Verwendung findenden Folien sich etwas gegenüber dem Ursprungszustand versteifen und das laminierte Cellulose-Fasermaterial in eine angepaßte Verformung gebracht werden kann, so daß sandwichartige Teile mit hoher Wärmedämmung entstehen. Wesentlich für die Verformung der laminierten Produkte ist, daß eine Beschrieben sind verwendbare Cellulose-Produkte in der europäischen Patentschrift EP 1 032 342.erformung des Airlaid-Vlieses erfolgen kann, da die Fasern frei gegeneinander verschiebbar sind. Dabei kann einmal die Fasermasse zu jedem Zeitpunkt unvermischt sein. Es ist aber auch möglich, den Airlaid-Fasern abbaubare oder nicht-abbaubare Hotmelt- oder Fixationsadditive beizufügen, so daß nach Herstellung der Gegenstände diese durch eine entsprechende Nachbehandlung versteift werden können.

Die Nachbehandlung kann darin bestehen, die Gegenstände bis zur Schmelztemperatur der Hotmelt-Substanzen zu erhitzen, so daß sich eine Verklebung und Versteifung der Airlaid-Fasern ergibt; es ist auch möglich, mit UV-vernetzbaren Fixationshilfsmitteln zu arbeiten und die Gegenstände nach ihrer Herstellung durch ein entsprechendes UV-Feld zu schicken, so daß sich durch das vernetzte Fixationshilfsmittel eine Aussteifung ergibt.

Insbesondere eignen sich solche nachbehandelten Teile als Einweg-Geschirr oder als Becher für Heißgetränke.

Beispielsweise kann als Werkzeug ein aus Matrize und Patrize bestehendes Tiefziehwerkzeug verwendet werden, dessen Balligkeit entsprechend der Verformbarkeit der Kissenschicht gewählt wird. Durch die Verwendung von Kissenschichten aus fusionierten Cellulose-Fasern, die völlig ohne Bindemittel hergestellt sind, ist hier ein neuer Verwendungszweck für derartige Cellulose-Produkte gegeben.

Als Folienmaterial eignet sich eine 0,1 bis 2 mm dicke Folie des Typs BIOFLEX der Herstellerin BIOTEC Biologische Naturverpackungen, Forschungs-Entwicklungs-GmbH in Emmerich.

Zur Herstellung von Einmal-Geschirren, hygienischen Schalen und dergleichen eignet sich am besten als Ausgangsschichtung eine solche, die aus einer Kissenschicht und auf beiden Seiten der Kissenschicht angeordneten Folienschichten besteht.

Wie an sich bekannt, kann die für die Beschichtung ausgewählte Folie auf wenigstens einer Seite wasserabweisend imprägniert sein. Eine solche Imprägnierung kann bereits, wie an sich bekannt, bei der Folienherstellung selbst erfolgen.

Sollen die fertigen Produkte beispielsweise dazu verwendet werden, daß aufzunehmende Produkt abzutrocknen, wie es beispielsweise für Fleisch-Verkaufsschalen erwünscht ist, so können die für die Beschichtung ausgewählten Folien perforiert werden. Auch hygienische Artikel, beispielsweise Wundauflagen mit versteifender Wirkung, können derartig hergestellt werden.

Die Kissenschicht kann aus einer unter der Bezeichnung SuperCore ohne Zusatzstoffe aus Cellulose-Fasern hergestellten Airlaidbahn mit einer Dicke zwischen 1 und 10 mm bestehen.

Zusätzlich zu der bereits genannten, vorteilhaften Verbindung zwischen Folie und Kissenschicht können zusätzlich auch Heißkleber oder Haftvermittler eingesetzt werden, die biologisch abbaubar sind, wobei lediglich äußerst geringe Anteile dieser Klebstoffe zu verwenden sind.

Die Verklebung der Folienschichten und der Kissenschicht sollte unmittelbar vor der Verarbeitung mit einem Werkzeug erfolgen.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf tiefgezogene oder heißkalandrierte gemuldete Gegenstände, hergestellt nach dem Verfahren gem. Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figur und unter Bezug auf zwei Beispiele erläutert.

Beispiel 1 (vgl. Figur)

Zur Herstellung eines Einweggeschirrs in Form von Tellern mit einer Mulde wird gemäß dem in EP 1 032 342 beschriebenen Verfahrens eine rein aus Cellulose-Fasern aus nordischen Hölzern bestehende Airlaidbahn des Typs SuperCore® der Firma Mc Airlaid's, Falkenhagen (Deutschland), mit einer mittleren Dicke von 6 mm und einem Flächengewicht von 200 g pro Quadratmeter bei einem Faser-Titer von 2 bis 10 mm hergestellt.
In der Figur sind die hierzu erforderlichen Hochdruck- Kalanderrollen 1, 2 zu erkennen, in deren Spalt ein Rohvlies 3 eingeführt wird. Nach der Hochdruckfusion der Rohvlies- Fasern in Teilbereichen ergibt sich eine verwendungsfähige Bahn 4 mit den genannten Daten.
Online wird von beiden Seiten der Bahn eine wasserresistente, beschichtete thermoplastische Folie 5, 5' des Typs BIOFLEX mit einem Schmelzindex von 1 bis 5 g/10 m bei 190 Grad Celsius und 2,16 kg und einer Dicke von 100 Mikrometer von den Vorratsrollen 15, 15' herangeführt und straff aufliegend auf der Airlaidbahn mit dieser weiter geführt. Ein Klebstoff oder Haftvermittler wird nicht verwendet.
Die verwendete Folie ist aus Kartoffelstärke als Ausgangsstoff hergestellt, wobei ein Verfahren, wie in WO 00/39212 beschrieben, verwendet wird. Die Folienschichten werden mit einem Tiefziehwerkzeug, das eine Tellerkontur und eine Balligkeit (Tiefe vom Rand des Tellers gemessen) von 25 mm aufweist, und einen Teller mit einem Durchmesser von 190 mm erzeugt, unter Druckanwendung mit einem ausreichenden Druck verschweißt. Das Tiefziehwerkzeug ist dazu in dem mit der Folienoberfläche in Kontakt kommenden Bereich auf 135°C aufgeheizt. Die Einwirkzeit beträgt 3,5 Sekunden.
Nach dem Auseinanderfahren der Tiefziehwerkzeuge wird durch ein kreisrundes Schneidwerkzeug der Teller 11 ausgeschnitten und am Rand durch Umlegen und Verschmelzen der Folienbahn versäubert und verschlossen.
Der Teller 11 ist nach der Vorschrift der DIN V 54900 biologisch abbaubar.

Beispiel 2

Zur Herstellung von Einweg-Fleischverkaufsschalen wird ähnlich wie beim Beispiel 1 ein Airlaid-Material des Typs Supereore, jedoch mit einer Dicke von 4,5 mm verwendet. Ausgangsmaterial und Herstellung sind jedoch gleich wie bei dem Beispiel 1.
Die beschriebenen Airlaid-Folien dienen als Kissenschicht und werden mit Folien beidseitig beschichtet. Die Folien sind vom Typ BIOFLEX mit einer Dicke von 30 mm an der Unterseite und an der Oberseite beschichtet. An der Unterseite wird eine Folie verwendet, die durch eine Beimischung von 0,25 Gewichtsprozent TiO₂ weiß gefärbt ist. Für die Oberseite ist eine farblos-milchige Folie gewählt.
Die auf der Oberseite verwendete Folie wird unmittelbar vor dem Einsatz eines Heißkalanders, der für die Verformung dient, perforiert mit runden Löchern des Durchmessers 2 mm in quadratischer Rasteranordnung bei einem gegenseitigen Abstand von 20 mm. Damit kann eine Schale in rechteckiger Konfiguration mit abgerundeten Ecken und einem Format von 125 × 250 mm hergestellt werden.
Bei der Schale, die als Fleisch-Verkaufsschale dient, wird das Fleisch-Exsudat-Wasser aufgefangen, ohne daß das Fleisch in diesem Wasser "schwimmt".
Die Vorschrift der DIN V 54900 wird auch durch diese Schale erfüllt.

Beispiel 3

Herstellung von Bechern, die gegen heiße Flüssigkeit immun sind.

Beispiel 4

Material zum Schienen von Beinen mit offenen Wunden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung wasser resistenter Gegenstände, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Herstellung einer ebenen, geschichteten Bahn, die aus wenigstens zwei Schichten besteht, nämlich

a) aus einer Kissenschicht, die aus Cellulose-Fasern besteht, die in einem Airlaid-Verfahren gelegt und unter Hochdruck zu einer saugfähigen Bahn partiell fusioniert sind, und

b) aus wenigstens auf einer Seite der Kissenschicht aufgelegten thermoplastischen und wasser-resistenter Folienschicht, die aus einem polymeren Werkstoff besteht,

b) wobei mit einem auf die Schmelztemperatur der Folienschicht aufgeheizten Werkzeug auf die Bahn unter Druckanwendung eingewirkt wird, sich die Folienschicht mit der Kissenschicht verbindet und die Folienschicht sich unter Vernetzung und/oder Versprödung gegenüber dem Ursprungszustand versteift,

c) Vereinzeln von Gegenständen durch Abtrennen der geformten Bereiche von der Bahn.

2. Verfahren zur Herstellung biologisch abbaubarer, wasser resistenter Gegenstände aus Naturstoffen, mit folgenden Verfahrensschritten:

b) aus wenigstens auf einer Seite der Kissenschicht aufgelegten thermoplastischen, wasser-resistenten und biologisch abbaubaren Folienschicht, die aus einem polymeren Werkstoff, hergestellt aus einem Polysaccharid, welches Stärke, modifizierte Stärke, ein Stärkederivat oder ein Cellulosederivat sein kann, besteht,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeug ein aus Matrize und Patrize bestehendes Tiefziehwerkzeug verwendet wird, dessen Balligkeit entsprechend der Verformbarkeit der Kissenschicht gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeug ein Heißkalander verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kissenschicht auf beiden Flachseiten von einer Folienschicht eingefaßt ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Beschichtung ausgewählte Folie auf wenigstens auf der der Kissenschicht abgewandten Seite wasserabweisend imprägniert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Beschichtung ausgewählten Folien perforiert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Titer der für die Kissenschicht verwendeten Cellulose-Fasern zwischen 2 und 20 mm liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienschicht aus einem Polyolefin oder einem verformbaren Polyolefin-Copolymerisat besteht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kissenschicht aus ohne Zusatzstoffe aus Cellulose-Fasern hergestellten Airlaid-Bahn mit einer Dicke zwischen 1 und 20 mm besteht.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der zusammengefügten Schichten zusätzlich durch eine Verklebung verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklebung mit einem Heißkleber durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verklebung der Folienschicht(en) und der Kissenschicht vor der Verarbeitung mit einem Werkzeug unmittelbar durch Kaschieren einer nach einem Extrudieren noch heißen Folienschicht auf die Kissenschicht erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Cellulose-Fasern vor dem Fusionieren ein Hotmelt- oder ein Fixationsmittel zugesetzt wird und daß dem Herstellen der Gegenstände diese durch entsprechende Einwirkung auf das Hotmelt- oder Fixationsmittel versteift werden.

15. Tiefgezogene oder heißkalandrierte gemuldete Gegenstände, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Unteransprüchen 2 bis 14.