AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft einen biologisch abbaubaren Thermoplastschaumstoff und ein
Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen biologisch
abbaubaren Thermoplastschaumstoff, der ein Mischharz aus einem durch
Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz und einem nicht durch
Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz umfaßt und eine spezifische
scheinbare Dichte aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Schaumstoffs, das
das Schmelzkneten des Mischharzes und eines Treibmittels bei hoher Temperatur und
hohem Druck und das Zuführen der gekneteten Mischung zu einer Zone mit niedrigem
Druck zur Gewinnung eines Schaumstoffs mit einer spezifischen scheinbaren Dichte
umfaßt.
2. Darlegung des Standes der Technik:
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Im Zusammenhang mit der Abfallbewältigung besteht in Europa und Amerika seit einigen
Jahren eine Tendenz zum Verbot bzw. zur Beschränkung des Einsatzes von Kunststoffen.
Vor allem in den USA werden derzeit biologisch abbaubare Kunststoffe in die Praxis
eingeführt, bei denen es sich um Kunststoffe handelt, in die Stärke eingearbeitet ist. Die
Zersetzung der Kunststoffe wird in diesem Fall durch den chemischen Abbau der in den
Kunststoffen enthaltenen Stärke durch Mikroorganismen erreicht. Derartige biologisch
abbaubare Kunststoffe sind beispielsweise aus USP 4016 117, USP 4021 388, USP
4 133 784 und USP 4 337 181 bekannt. Wird jedoch nur eine geringe Stärkemenge in die
Kunststoffe eingemischt, findet der erwünschte Abbau nicht statt. Ist hingegen ein hoher
Stärkeanteil in den Kunststoffen enthalten, so werden diese mit Sicherheit abgebaut, doch
da die enthaltene Stärke körnig ist und keine Plastizität aufweist, sind die entstehenden
Erzeugnisse wie Harzfolien gewöhnlichen Kunststoffen ohne Stärkegehalt im Hinblick auf
die mechanischen Eigenschaften und die sekundäre Verarbeitungsfähigkeit, wie die
Warmformeignung beim Vakuumformen, Formstanzen, Ziehformen usw. zu Behältern
oder ähnlichen Erzeugnissen, unterlegen. Außerdem beschränkt sich der Einsatz solcher
biologisch abbaubaren Kunststoffe auf die Herstellung von Folien oder Beuteln, die keiner
umfangreichen Nachbehandlung bedürfen.
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Insgesamt ist festzustellen, daß alle bekannten herkömmlichen biologisch abbaubaren
Harze bezüglich der mechanischen Eigenschaften nicht an reine Harzkomponenten
heranreichen und daß sie sich kaum zu Formteilen verarbeiten lassen.
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Aufgrund der genannten Umstände besteht ein umfangreicher Bedarf an neuartigen
biologisch abbaubaren Kunststoffen, die einerseits die Zersetzung durch Mikroorganismen
zulassen und andererseits die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der
Warmformeignung durch Einmischen einer durch Mikroorganismen abbaubaren Substanz
verhindern.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen biologisch abbaubaren Thermoplastschaumstoff
bereitzustellen, der die Nachteile der bekannten biologisch abbaubaren Harze überwindet,
die sich in Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung des Harzes aufgrund der
Verschlechterung seiner mechanischen Eigenschaften zeigen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen biologisch abbaubaren
Thermplastschaumstoff zur Verfügung zu stellen, der aus einem Mischharz besteht, das
sich aus einem durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz und einem
nicht durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz in einem spezifischen
Verhältnis zusammensetzt, und der eine spezifische scheinbare Dichte aufweist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch
abbaubaren Thermoplastschaumstoffs zur Verfügung zu stellen, das das Schmelzkneten
des Mischharzes und eines Treibmittels bei hoher Temperatur und hohem Druck und das
Zuführen der gekneteten Mischung zu einer Zone mit niedrigem Druck umfaßt.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung des biologisch abbaubaren
Thermoplastschaumstoffs für die Herstellung von Formteilen.
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Im Ergebnis umfangreicher Forschungsarbeiten der Erfinder zur Entwicklung eines
neuartigen biologisch abbaubaren Harzes, das nicht mit den Nachteilen der Harze der
bekannten technischen Lösungen behaftet ist, wurde nunmehr festgestellt, daß ein
Schaumstoff mit einer spezifischen Zellwanddicke der einzelnen den Schaumstoff
bildenden Zellen und mit einer spezifischen scheinbaren Dichte, der aus einem Mischharz
hergestellt wird, das aus einem durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen
Harz und einem nicht durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz
besteht, eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit bei guten mechanischen
Eigenschaften aufweist. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage der vorliegenden
Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nach einer Ausführung der Erfindung wird ein Thermoplastschaumstoff bereitgestellt, der
als Trägerharz ein Mischharz aus 5-40 Masse-% eines thermoplastischen Harzes, das
unter Polykondensaten einer aliphatischen Dicarbonsäure mit einem aliphatischen Diol,
Polykondensaten einer aliphatischen Hydroxycarbonsäure, ringoffenen Polykondensaten
aus einem Lacton und Polyvinylalkohol ausgewählt wird, und 95-60 Masse-% eines
Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatischen
Polyesterharzes sowie wahlweise bis zu 80 Masseteile eines Füllstoffs bezogen auf 100
Masseteile des Mischharzes umfaßt, wobei die einzelnen den Schaumstoff bildenden
Zellen eine durchschnittliche Zellwanddicke von 1-100 µm entsprechend der Messung
nach dem unter nachstehender Anmerkung 1 beschriebenen Verfahren aufweisen und der
Schaumstoff eine scheinbare Dichte von 0,5 g/cm³ oder weniger besitzt.
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Nach einer Variante der oben beschriebenen Ausführung wird ein
Thermoplastschaumstoff zur Verfügung gestellt, bei dem in das Mischharz 5-80
Masseteile eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile Mischharz eingearbeitet sind.
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Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Thermoplastschaumstoffs zur Verfügung gestellt, das das Schmelzkneten eines
Mischharzes aus 5-40 Masse-% eines thermoplastischen Harzes, das unter
Polykondensaten einer aliphatischen Dicarbonsäure mit einem aliphatischen Diol,
Polykondensaten einer aliphatischen Hydroxycarbonsäure, ringoffenen Polykondensaten
aus einem Lacton und Polyvinylalkohol ausgewählt wird, und 95-60 Masse-% eines
Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatischen
Polyesterharzes sowie eines gasförmigen oder im Normalzustand flüssigen Treibmittels
und wahlweise bis zu 80 Masseteilen eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile des
Mischharzes bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Mischharzes und
unter erhöhtem Druck sowie das anschließende Zuführen der gekneteten Mischung zu
einer Zone geringeren Drucks zur Gewinnung des Thermoplastschaumstoffs umfaßt.
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Nach einer Variante der vorstehenden Ausführung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Thermoplastschaumstoffs zur Verfügung gestellt, bei dem in das Mischharz 5-80
Masseteile Füllstoff bezogen auf 100 Masseteile Mischharz eingearbeitet werden.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß der Schaumstoff aus einem
Mischharz besteht, das sich aus einem thermoplastischen Harz und einem Polystyrol-
Polyolefin- Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlord- oder aromatischen Polyesterharz
zusammensetzt, die in einem spezifischen Verhältnis gemischt sind.
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Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß der Schaumstoff eine
scheinbare Dichte von 0,5 g/cm³ oder weniger aufweist und eine interzellulare Struktur
besitzt und daß die einzelnen Zellen eine durchschnittliche Wanddicke von 1-100 µm
haben.
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Bei dem thermoplastischen Harz (nachstehend einfach als Harz A bezeichnet) handelt es
sich um ein bekanntes herkömmliches Harz. Spezifische Beispiele für den aliphatischen
Polyester sind unter anderem Adipinsäureester von Ethylenglycol und Homopolymere
oder Copolymere, die von Propiolacton, Caprolacton und β-Hydroxybuttersäure abgeleitet
wurden. Alle diese Polymere können durch Einwirkung von Mikroorganismen hydrolysiert
werden.
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Als Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatisches
Polyesterharz (nachstehend einfach als Harz B bezeichnet) kommen verschiedene
bekannte herkömmliche Harze in Frage. So setzt sich das Polystyrolharz wie folgt
zusammen: aus Styrol als Hauptkomponente sowie Styrolhomopolymer und einem
Copolymer aus Styrol mit einem damit copolymerisierbaren Vinylmonomer; einem
Copolymer oder einer Polystyrolmischung als Hauptkomponente und einem Polymer der
Kautschukreihe, das im allgemeinen als hochschlagfestes Polystyrol bezeichnet wird; und
einem Copolymer aus Styrol und einem Monomer der Dienreihe. Das hochschlagfeste
Polystyrol kommt vorzugsweise zum Einsatz, weil es die Flexibilität und Elastizität des
entstehenden Schaumstoffs fördert. Bei dem Polyolefin kann es sich um Polyethylen,
Polypropylen, Propylen-Ethylen-Copolymer, Polybuten oder Propylen-Buten-Copolymer
handeln. Als aromatisches Polyesterharz kann Polyethylenterephthalat oder
Polybutylenterephthalat verwendet werden.
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Ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, ein halogenierter Kohlenwasserstoff und ein Flon-
Gas mit mindestens einem Wasserstoffatom im Molekül werden einzeln oder in Form
eines Gemischs als Treibmittel verwendet. Spezifische Beispiele für den aliphatischen
Kohlenwasserstoff sind Propan, n-Butan, Isobutan, Pentan, Isopentan und ähnliche
niedere Kohlenwasserstoffe. Als halogenierte Kohlenwasserstoffe lassen sich Chlor- und
Bromaustauschverbindungen dieser aliphatischen Kohlenwasserstoffe anführen. Beispiele
für ein Flon-Gas mit mindestens einem Wasserstoffatom im Molekül sind
Chlordifluormethan, Trifluormethan, 1,2,2,2-Tetrafluorethan, 1 -Chlor-1,1 -difluorethan, 1,1 -
Difluorethan und 1-Chlor-1,2,2,2-tetrafluorethan. Beim Einsatz eines solchen Treibmittels
ist darauf zu achten, daß sein Siedepunkt (unter 1 atm) unter 80 ºC liegen muß.
Treibmittel mit einem Siedepunkt über 80 ºC weisen eine unzureichende Schäumfähigkeit
auf, so daß ihre Verwendung nicht wirtschaftlich ist. Insbesondere eignen sich Treibmittel,
deren Siedepunkt im Bereich von -20 ºC bis 20 ºC liegt.
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Das Verhältnis von Harz A zu Harz B sieht bei der vorliegenden Erfindung so aus, daß
Harz A mit 5-40 Masse-%, vorzugsweise 10-30 Masse-%, und Harz B mit 95-60
Masse-%, vorzugsweise 90-70 Masse-%, an der Gesamtmasse der beiden Harze beteiligt ist.
Liegt der Anteil von Harz A unter dem obengenannten Bereich, ist kaum mit der
biologisch Abbaubarkeit des Schaumstoffs zu rechnen. Liegt der Harz-A-Anteil hingegen
über diesem Bereich, gestaltet sich das Pressen der Harzmischung einschließlich des
Schäumens schwierig. Der Anteil des Treibmittels beträgt 1-60 Masseteile, vorzugsweise
2-50 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes, d.h. die Gesamtmasse
von Harz A und Harz B, und wird entsprechend der Dichte des gewünschten
Schaumstoffs festgelegt.
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Zum Schäumen und Formen des Mischharzes können verschiedene bekannte
herkömmliche Verfahren, die im folgenden aufgeführt sind, angewendet werden.
(1) Extrusions-Schäum- und -Formverfahren
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Ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Formteils, das das Schmelzkneten
eines Treibmittels, des Mischharzes und eines wahlweisen Zusatzstoffs in einem Extruder
und das anschließende Extrudieren der gekneteten Mischung unter niedrigem Druck
durch ein am Vorderende des Extruders befindliches Werkzeug umfaßt.
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Bei diesem Verfahren wird das Mischharz je nach Verwendungszweck zu einer Feinfolie,
Folie oder Platte extrudiert. Das als Feinfohe oder Folie vorliegende Erzeugnis wird dann
unter Erwärmen zu einem Beutel oder Behälter weiterverarbeitet.
(2) Extrusions-Schäum- und -Formverfahren mit Speicher:
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Ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Formteils, das das Schmelzkneten
eines Treibmittels, des Mischharzes und eines wahlweisen Zusatzmittels in einem
Extruder, das Bereithalten der gekneteten Mischung in einem Speicher unter
schäumungsfreien Bedingungen und das anschließende Austragen der Mischung unter
niedrigem Druck aus dem Speicher umfaßt.
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Die Mischung wird gewöhnlich in Plattenform extrudiert und anschließend zu einer
geeigneten Form weiterverarbeitet.
(3) Spritzgieß- und Schäumverfahren:
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Ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Formteils, das das Schmelzkneten
eines Treibmittels, des Mischharzes und eines Zusatzmittels in einem Extruder und das
anschließende Spritzgießen der gekneteten Mischung durch ein am Vorderende des
Extruders angebrachtes Metallwerkzeug einer gewünschten Form umfaßt.
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Auf diese Weise erhält man Formteile. die der Innenform des Metallwerkzeugs
entsprechen.
(4) Teilchenschäumverfahren:
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Ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffkügelchen, das das Einbringen von
Mischharzteilchen, eines wäßrigen Mediums und eines wahlweisen Zusatzstoffs in einen
Autoklaven. das Verrühren des Gemischs mit einem Treibmittel bei einer hohen
Temperatur unter hohem Druck zur Imprägnierung der Harzteilchen mit dem Treibmittel
und das anschließende Austragen der Harzteilchen aus dem Autoklaven bei der
Schäumtemperatur der Teilchen unter einem niedrigen Druck umfaßt, oder ein Verfahren
zur Herstellung von Schaumstoffkügelchen, das das Imprägnieren der Harzteilchen mit
einem Treibmittel und das anschließende Einspeisen in eine Vorschäummaschine umfaßt,
in der die Teilchen zur Herstellung von Schaumstoffkügeichen mit Dampf erhitzt werden.
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Die entstehenden Schaumstoffkügelchen werden anschließend in einer Form zu einem
Schaumstoffpolstermaterial, einem Behälter oder einem ähnlichen Erzeugnis gepreßt.
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Um den sich durch eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit auszeichnenden
erfindungsgemäßen Schaumstoff zu gewinnen, muß in dem fertigen Schaumstoff eine
ausreichende Schaumstruktur erhalten bleiben. Im Rahmen ihrer Untersuchungen haben
die Erfinder festgestellt, daß ein Schaumstoff mit einer ausgezeichneten biologischen
Abbaubarkeit entsteht, wenn seine scheinbare Dichte auf 0,5 g/cm³ oder einen darunter
liegenden Wert, vorzugsweise 0,3-0,01 g/cm³ begrenzt wird und wenn die
durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen, aus denen der Schaumstoff besteht,
auf 1-100 µm begrenzt wird. Liegt die scheinbare Dichte des Schaumstoffs über
0,5 g/cm³, weist er keine sehr gute biologische Abbaubarkeit auf. Unterschreitet die
Zellwanddicke der Zellen hingegen 1 µm, so ergeben sich bei der Weiterverarbeitung
verschiedene Probleme, weil der Anteil der miteinander in Verbindung stehenden Zellen in
der interzellularen Struktur sehr hoch ist. Beispielsweise kann es bei der
Weiterverarbeitung passieren, daß beim Formpressen von Folien unter Erwärmung Fehler
auftreten oder daß bei der Herstellung von Formteilen aus Schaumstoffkügelchen
Hohlräume zwischen den Kügelchen entstehen.
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Die Dichte des Schaumstoffs und die Zellwanddicke der einzelnen Zellen lassen sich
leicht durch die verwendete Treibmittelmenge und auch durch die eingesetzte Menge
eines sogenannten Nukleierungsmittels verändern. Beispiele für das Nukleierungsmittel
sind anorganische Substanzen wie Talk, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Ton,
natürliche Kieselsäure, Bentonit, Feldspat, Ruß, Weißruß, Shirasu und Gips; Substanzen,
die durch Abbau bei einer bestimmten Temperatur im Extruder ein Gas entwickeln, wie
Natriumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat, Azidverbindungen, Azobisisobutyronitril,
Diazoaminobenzen, Benzensulfonylhydrazid, oder eine Kombination aus einer Säure und
einem Alkali, die bei einer bestimmten Temperatur zusammen in dem Extruder reagieren
und Kohlendioxid bilden können, wie ein Monoalkalisalz von Citronensäure und ein
Alkalimetallsalz von Kohlensäure, ein Monoalkalimetallsalz von Citronensäure und ein
Alkalimetallhydrogencarbonat oder ein ähnliches chemisches Treibmittel.
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Beim Einsatz der obengenannten anorganischen Substanz als Nukleierungsmittel werden
0,01-5 Masseteile bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes verwendet. Wird das
obengenannte chemische Treibmittel als Nukleierungsmittel eingesetzt, so werden davon
0,05-5 Masseteile verwendet.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird in das für die Schaumstoffherstellung verwendete
Mischharz am besten ein Füllstoff in Form der obengenannten anorganischen Substanz in
einer Menge eingearbeitet, die 5-80 Masseteile bezogen auf 100 Masseteile des
Mischharzes ausmacht. Ein hoher Füllstoffgehalt des aus dem Mischharz hergestellten
Schaumstoffs fördert die biologische Abbaubarkeit. Wird ein besonders hoher
Füllstoffanteil verwendet, kommen vorzugsweise das obengenannte
Extrusions-Schäumund -Formverfahren, das Extrusions-Schäum- und -Formverfahren mit Speicher und das
Spritzgieß- und Schäumverfahren als Methoden zum Verschäumen und Formpressen des
Mischharzes zur Anwendung.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann dem Mischharz erforderlichenfalls ein
schrumpfungshemmendes Mittel zugesetzt werden, um den raschen Treibmittelaustritt aus
dem Mischharzschaumstoff zu verhindern und damit die Schrumpfung des Schaumstoffs
zu hemmen. Als schrumpfungshemmende Mittel lassen sich beispielsweise
Polyoxyethylenmonomyristat, Polyoxypropylenmonomyristat. Polyoxyethylenmonopalmitat,
Polyoxypropylenmonopalmitat, Polyoxyethylenmonostearat, Polyoxypropylenmonostearat,
Polyoxyethylendistearat, Monolaurinsäureglycerid, Monomyristinsäureglycerid,
Monopalmitinsäureglycerid, Monostearinsäureglycerid, Monoarachinsäureglycerid.
Dialursäureglycerid, Dipaimitinsäureglycerid, Distearinsäureglycerid, 1-Palmito-2-
stearinsäureglycerid, 1-Stearo-2-myristinsäureglycerid, Tristearinsäureglycerid und
ähnliche aliphatische Ester anführen. Ein schrumpfungshemmendes Mittel wird
vorzugsweise verwendet, wenn ein Polyolefinharz als Harz B zum Einsatz kommt.
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Der erfindungsgemäße Schaumstoff zeichnet sich durch eine ausgezeichnete biologische
Abbaubarkeit, insbesondere durch im Boden lebende Mikroorganismen aus. Diese
biologische Abbaubarkeit gründet sich auf eine spezifische Schaumstruktur und auf den
Einsatz eines durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harzes in der
Harzmischung. Formteile, die zwar die gleiche Harzzusammensetzung wie die der
vorliegenden Erfindung, aber nicht die spezifische Schaumstruktur oder gar eine
ungeschäumte Struktur besitzen, weisen nicht diese gute biologische Abbaubarkeit auf.
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Der erfindungsgemäße biologisch abbaubare Thermoplastschaumstoff wird nach seiner
Ablagerung in einer Umgebung, in der Mikroorganismen existieren, leicht zersetzt, so daß
er beträchtlich an Volumen verliert. Somit leistet die Erfindung einen wirksamen Beitrag
zur Lösung der Probleme im Zusammenhang mit der Behandlung von Kunststoffabfällen.
Selbst wenn der Schaumstoff auf einer Deponie entsorgt und keiner Rückgewinnung
zugeführt wird, erfolgt ein rascher Abbau durch Mikroorganismen, ohne daß giftige Stoffe
entstehen, so daß von dem Schaumstoff keine Gefährdung für das Leben von Pflanzen
und Tieren ausgeht. Außerdem besteht noch der zusätzliche Vorteil, daß der
Füllstoffgehalt den biologischen Abbau des Schaumstoffs fördert.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher
veranschaulicht werden. Bei den angegebenen Teilen handelt es sich um Masseteile.
Beispiele 1-4, Vergleichsbeispiele 1-4:
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100 Masseteile eines Mischharzes mit einer Zusammensetzung entsprechend Tabelle 1,
in das ein Nukleierungsmittel entsprechend Tabelle 1 in einer ebenfalls in Tabelle 1
angebenen Menge und Butan (n-Butan:Isobutan im Verhältnis 7:3) als Treibmittel in einer
Menge gemäß Tabelle 1 eingearbeitet waren, wurden unter einem Druck von 190 kg/cm³
(Überdruck) in einem Extruder mit einem Durchsatz von 50 kg/Stunde schmelzgeknetet.
Die schmelzgeknetete Masse wurde dann bei einer Temperatur (Schäumtemperatur)
entsprechend Tabelle 1 unter atmosphärischem Druck durch ein am Vorderende des
Extruders montiertes ringförmiges Werkzeug in Schlauchform extrudiert, und der
stranggepreßte Schlauch wurde in Extrusionsrichtung geschnitten, so daß eine
Schaumstoffohe mit einer Dicke von 2,5 mm entstand. Der Schaumzustand des
entstandenen Schaumstoffs wurde beobachtet, und seine scheinbare Dichte, die
durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen sowie die biologische Abbaubarkeit
wurden gemessen. Die Ergebnisse der Beobachtungen und Messungen sind in Tabelle 1
enthalten.
Beispiele 5-7:
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Eine Schaumstoffole wurde entsprechend der Beschreibung für die Beispiele 1-4
hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß als Nukleierungsmittel nicht Talk verwendet
wurde und daß das Calciumcarbonat als anorganischer Füllstoff in einer Menge von 5
(Beispiel 5), 40 (Beispiel 6) und 75 (Beispiel 7) Masseteilen, bezogen auf 100 Masseteile
des Mischharzes, in das Mischharz eingearbeitet wurde. An der entstandenen
Schaumstoffohe wurden die gleichen Beobachtungen und Messungen vorgenommen wie
bei den Beispielen 1-4, und die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 enthalten.
Vergleichsbeispiel 5:
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Die Verschäumung wurde auf die gleiche Weise durchgeführt wie bei Beispiel 7, jedoch
mit dem Unterschied, daß 85 Masseteile Calciumcarbonat verwendet wurden. Die
entstandene Schaumstoffolie wurde den gleichen Beobachtungen und Messungen
unterzogen wie bei den Beispielen 1-4, und das Ergebnis ist ebenfalls in Tabelle 1
aufgeführt.
Tabelle 1
Harzmischung
Nukleierungsmittel
Butanmenge (Teile)
Schäumtemperatur (ºC)
Harz
Sorte
Menge (Masse-%)
Mange (Teile)
Talk
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Biologische Abbaubarkeit (ppm)2
Schaumstoffzustand
Dichte (g/cm³)
Durchschnittliche Zellwanddicke (µm)1
Nach einer Reaktions zeit von 8 h
Nach einer Reaktions zeit von 16 h
Anmerkungen:
1 Messung der durchschnittlichen Zellwanddicke der einzelnen Zellen:
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Die Schaumstoffolie wurde an einem beliebigen Abschnitt in Dickenrichtung zerschnitten,
fünf beliebige Stellen der Schnittfläche wurden ausgewählt, und die Wanddicke der Zellen
wurde an diesen Punkten gemessen. Bei dem in der Tabelle angegebenen Wert handelt
es sich um den Durchschnitt der fünf Meßwerte.
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Für den Meßvorgang kam eine MOS Farbfilmkamera OV 100 (Olympus KK, Japan) zum
Einsatz, die an einem Lichtmikroskop, Modell BH-2 (vom gleichen Unternehmen wie die
Kamera) montiert war, wobei die Dicke anhand des auf einem Monitor angezeigten
Abbildes mittels eines Video-Mikroimpulszählers, Modell IV-550 (Hoei KK, Japan),
gemessen wurde.
2 Prüfung der biologischen Abbaubarkeit:
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In einen 100-ml-Erlenmeyerkolben wurden gegeben: 0,6 ml einer Lipaselösung mit einem
solchen Faktor, daß sich in einer Minute 220 pmol Fettsäuren aus Olivenöl bilden können,
2 ml einer pH-Puffer-Lösung (pH 7), 1 ml oberflächenaktives Mittel, 16,4 ml Wasser und
die Probe (100 mg Harz-A-Gehalt in der Probe). Man ließ das Gemisch 16 Stunden bei
30 ºC reagieren, und die nach Abschluß der Reaktion gebildete organische
Gesamtsubstanz wurde als organischer Gesamtkohlenstoff (Monomer und Oligomere, die
Polycaprolacton bilden) gemessen. Zur Kontrolle der Abbaugeschwindigkeit des Harzes
wurde die Gesamtmenge der wasserlöslichen organischen Substanz nach achtstündiger
Reaktionszeit des Gemischs gemessen. Als Kontrollprüfung wurde das Experiment in der
gleichen Weise durchgeführt, wobei jedoch keine Lipaselösung verwendet wurde, und die
Meßwerte wurden anhand der Kontrollprüfung berichtigt.
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Die in Tabelle 1 verwendeten Abkürzungen stehen für die folgenden Harze:
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PCL: Polycaprolacton (Dichte: 1,05 g/cm³, Zahlenmittel der relativen
Molekülmasse: 70000)
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PS: Polystyrol (Dichte: 1,05 g/cm³, Zahlenmittel der relativen Molekülmasse:
250000)
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LDPE: Polyethylen niedriger Dichte (Dichte: 0,920 g/cm³, Zahlenmittel der relativen
Molekülmasse: 100000)
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Die in Tabelle 1 verwendeten Symbole A und B für das Schäumverhältnis haben die
folgende Bedeutung:
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A: Hoher Anteil geschlossener Zellen; guter Oberflächenzustand
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B: Geringer Anteil geschlossener Zellen; Oberfläche zeigt eine Reihe von
konkav-konvexen Stellen.
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Wie die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse zeigen, weist der erfindungsgemäße
Schaumstoff eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit auf. Dagegen fallen
Schaumstoffqualität und biologische Abbaubarkeit bei den Schaumstoffen der
Vergleichsbeispiele schlechter aus. Beispielsweise ist die biologische Abbaubarkeit bei
Vergleichsbeispiel 1, bei dem der Harz-A-Anteil unter 5 Masse-% liegt, deutlich
schlechter. Bei Vergleichsbeispiel 2. bei dem der Harz-A-Anteil über 40 Masse-% liegt, ist
wiederum die Qualität des Schaumstoffs beeinträchtigt. Nimmt das Schäumverhältnis ab
oder wird die durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen größer wie bei
Vergleichsbeispiel 3, verschlechtert sich die biologische Abbaubarkeit des Schaumstoffs.
Werden die Zellwände hingegen dünner, verschlechtert sich die Schaumstoffqualität, da
der Anteil der miteinander in Verbindung stehenden Zellen der interzellularen Struktur
wächst, wie es bei Vergleichsbeispiel 4 der Fall ist. Die biologische Abbaubarkeit
verbessert sich, wenn dem Mischharz wie bei den Beispielen 5-7 eine große
Füllstoffmenge zugesetzt wird. Wird der Füllstoffanteil aber wie bei Vergleichsbeispiel 5 zu
hoch, weist der entstehende Schaumstoff eine schlechte Qualität auf.
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Dementsprechend kommen für das Verhältnis von Harz A zu Harz B, das Verhältnis
zwischen Füllstoff und Mischharz, die scheinbare Dichte des Schaumstoffs und die
durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen spezifisch begrenzte Werte
entsprechend den anhängigen Patentansprüchen in Betracht.
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Es versteht sich, daß die vorstehenden repräsentativen Beispiele innerhalb des
Geltungsbereichs der vorliegenden Beschreibung im Hinblick auf die Reaktionspartner wie
auch die Reaktionsbedingungen von einem Fachmann verändert und dabei im
wesentlichen die gleichen Resultate erzielt werden können.
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Da vielfältige unterschiedliche Ausführungen dieser Erfindung möglich sind, ohne daß
dadurch von ihrem Schutzumfang und Grundgedanken abgewichen wird, ist davon
auszugehen, daß die Erfindung - außer im Rahmen der Festlegungen in den anhängigen
Ansprüchen - nicht auf eine spezifische Ausführung beschränkt ist.