DE69615672T2

DE69615672T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von biologisch abbaubaren produkten

Info

Publication number: DE69615672T2
Application number: DE69615672T
Authority: DE
Inventors: Hendrik Arentsen; Wietze Huisman
Original assignee: Vertis BV
Current assignee: Vertis BV
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2016-04-02
Also published as: EP0817714B1; ATE206345T1; CA2215415C; DK0817714T3; EP0817714A1; US6251318B1; CN1105004C; ES2166437T3; NL9500632A; AU5125496A; DE69615672D1; AU711816B2; CN1183071A; WO1996030186A1; PT817714E; CA2215415A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Produkte und auf eine Apparatur, die dafür verwendet werden kann. Die gemäß der Erfindung herzustellenden Produkte haben eine schaumartige Struktur. Insbesondere umfasst das schaumartige Material immer wenigstens drei Teile: zwei relativ dichte Schichten auf der Außenseite, die offensichtlich eine Haut bilden, und zwischen denselben eine Schaumstruktur als Kern. Die dichten Schichten sind fest und stark und bestehen im wesentlichen aus geschlossenen, kleinen Zellen. Die Schaumstruktur des Kerns ist im allgemeinen offen, was bedeutet, dass die Zellen zerborsten sind, damit ein Entfernen der sich während der Herstellung bildenden Gase, z.B. Wasserdampf oder Kohlendioxid, ermöglicht wird. Die Zellen weisen im allgemeinen eine feste und solide Zellwand auf, und zwar aufgrund des relativ hohen Drucks und der relativ hohen Temperatur während des Verfahrens.
In dieser Beschreibung soll "Gelatinierung" folgendes bedeuten: die Umwandlung eines natürlichen Polymers aus einer geringfügig oder vollkommen lockeren, körnigen Form oder einer vergleichbaren Granulatform in eine kohäsive Form, die trocken und/oder geschäumt oder nicht trocken und/oder geschäumt sein kann, worin verstreckte Polymere vorliegen, die - falls überhaupt - in einem begrenzten Maße miteinander verbunden sind. D.h. es erfolgt ein Übergang aus einer festen Substanz, einer kolloidalen Lösung oder Suspension in eine homogenere fluide Masse. In Abhängigkeit von den verwendeten Polymeren sollte die "Gelatinierung" daher so verstanden werden, dass sie z.B. Gelieren, Gelbildung und dergleichen einschließt.
In geschäumten Produkten, in denen eine Gelatinierung nur als Ergebnis einer Gasentwicklung erfolgt, werden in der zu verschäumenden Masse Blasen gebildet, und zwar im wesentlichen nach der Gelatinierung. Dieses Verfahren erfolgt bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken. Solche Produkte weisen über den gesamten Querschnitt etwa die gleiche Struktur von relativ kleinen Zellen mit Wänden aus im wesentlichen nicht vernetzten natürlichen Polymeren auf.
In dieser Beschreibung soll "Härtung" ein Verfahren bedeuten, in dem sowohl eine Gelatinierung als auch eine Vernetzung bei relativ hoher Temperatur und/oder Druck erfolgt. Folglich tritt relativ bald eine Gasbildung auf, so dass Blasen bereits vor oder während der Gelatinierung gebildet werden. U.a. aufgrund des hohen Drucks in der Nähe stark erwärmter Teile vernetzen die Polymere schnell - wenn man ein Werkzeug oder eine ähnliche Härtungsform verwendet - bei einer Temperatur der Härtungstemperatur oder oberhalb derselben.
Diese gehärteten Produkte haben einen Kern mit relativ großen Zellen, der zwischen Hautteilen mit relativ kleinen Zellen eingeschlossen ist. Die Zellwände weisen eine relativ hohe Dichte auf, und die darin eingeschlossenen natürlichen Polymere sind in einem hohen Grade vernetzt, was bedeutet, dass sie wechselseitige Kettenbindungen eingegangen sind. Ein solches gehärtetes Produkt hat daher eine sandwichartige Struktur.
Die Internationale Patentanmeldung 91/12186 offenbart ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Produkte durch Erwärmen eines Teigs, der wenigstens natürliche Polymere in Form von Stärke oder Derivaten derselben umfasst, in einem Härtungswerkzeug. Der Teig wird in eine offene Plattenform, z.B. ein Waffeleisen eingeführt, wonach die Plattenform geschlossen wird, und der Teig "gehärtet" wird. Dies ergibt ein dünnwandiges Produkt, das bioabbaubar und dennoch fest und relativ feuchtigkeitsbeständig ist, wenigstens solange die Haut des Produkts nicht beschädigt wird. Das Produkt ist sofort fertig und benötigt somit keine Nachbehandlung. Aufgrund des Erwärmens auf relativ hohe Temperaturen wird in dem Produkt eine Struktur von geschäumten Zellen und vernetzter Stärke gebildet. Die Produkte lassen sich relativ preisgünstig herstellen, sie weisen gute Lagerungseigenschaften unter unterschiedlichen Bedingungen auf, sie sind leicht und bequem zu verwenden und aufgrund ihrer Bioabbaubarkeit umweltfreundlich.
Ein Nachteil der Verwendung von Plattenformen besteht darin, dass der Teig in ein offenes Werkzeug eingeführt wird, das anschließend geschlossen wird und z.B. durch einen kontinuierlichen Ofen geführt wird, in dem es z.B. durch Gasbrenner erwärmt wird. Vom energetischen Gesichtspunkt aus gesehen ist dies wenig effizient, und darüber hinaus ist die Temperatur in dem Härtungswerkzeug nicht in geeigneter Weise steuerbar, und dieselbe kann während des Härtungsverfahrens stark variieren, was für die Qualität der Produkte nicht vorteilhaft ist. Darüber hinaus sind die Produkte, die gemäß diesem Verfahren erhalten werden, nicht besonders maßhaltig und erlauben keine oder nur sehr geringe Unterschiede der Wanddicke, weil ansonsten keine homogene Struktur erhalten werden kann. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Einführen des Teigs und das Entfernen des Produkts sehr mühsam sind und oft zu einem Produktsausfall führt. Darüber hinaus können mit diesem Verfahren Produkte, die nicht herausnehmbar sind, nicht hergestellt werden, so dass die Freiheit des Formpressens eingeschränkt ist.
Die Europäische Patentanmeldung 0 512 589 offenbart ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger, bioabbaubarer Produkte, in dem gleichermaßen Plattenformen verwendet werden. In diesem bekannten Verfahren wird ein stärkehaltiger Teig in den Hohlraum eines offenen Werkzeugs in einer der Platten eingeführt, wonach die Plattenform geschlossen wird und anschließend auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der nur eine Gelatinierung erfolgt, bei der der Teig aber nicht "gehärtet" wird. Die Temperatur wird daher in Bezug auf das oben beschriebene Verfahren relativ niedrig gehalten. Mit diesem Verfahren werden Produkte erhalten, die direkt zur Anwendung bereit sind, d.h. sie erfordern keine Nachbehandlung. Für die durch diese Arbeitsweise erhaltenen Produkte gilt gleichermaßen, dass sie eine geringe Maßhaltigkeit aufweisen und keine oder sehr geringe Unterschiede der Wanddicken erlauben, um eine homogene Struktur beizubehalten. Da die Produkte nicht "gehärtet" sind, sind sie weniger steif und weisen eine relativ geringe Beständigkeit, z.B. gegenüber Wasser und variierenden Temperaturbedingungen, auf. Darüber hinaus gilt für dieses Verfahren auch, dass das Füllen der Plattenform und das Entfernen der Produkte mühsam und zeitraubend ist, die Produkte beim Herausnehmen leicht beschädigt werden können und nicht nichtherausnehmbar sind, so dass die Freiheit der Formgebung eingeschränkt ist.
Die Internationale Patentanmeldung 93/08014 offenbart ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Produkte, in dem die Produkte durch Extrusion einer Mischung, umfassend wenigstens Stärke oder Derivate derselben, hergestellt werden. In diesem Verfahren wird eine trockene, rohe Stärke mit wenigstens 30% Wasser mit einer milden Säure vermischt, wobei die Mischung mit einem Carbonat gerührt wird, welches durch die Umsetzung mit der Säure zur Bildung von CO&sub2;-Gas führen kann. Diese Mischung wird in einen Extrusionsbehälter eingeführt und mit Wasser vermischt, während sie unter Druck gesetzt und in einem derartigen Maße erwärmt wird, dass sich eine Gelatinierung der Stärke ergibt. In dem Extrusionsbehälter wird die Säure mit der gelatinierten Stärke in einem derartigen Maße umgesetzt, dass die durchschnittliche Molmasse derselben abnimmt und die gleichmäßigen Bindungen der Stärkeketten gespalten werden, während durch die Umsetzung mit dem Carbonat weiterhin CO&sub2;-Gas erzeugt wird, um die modifizierte Stärke aufzublähen. Die so erhaltene Struktur von aufgeblähter Stärke mit einer veränderten (Mikro)struktur wird danach durch eine Extrusionsdüse gepresst, wobei unter dem Einfluss des CO&sub2;- Gases eine geschlossene Zellstruktur mit einer Dichte von weniger als 0,032 g/cm³ erhalten wird. Aufgrund dieser Struktur hat das so erhaltene Produkt elastische Eigenschaften und ermöglicht eine schnelle biologische Zersetzung.
Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass die Rohmaterialien in relativ trockener Form zugeführt werden müssen und in dem Extrusionsbehälter mit Wasser unter gleichzeitiger Erhöhung der Temperatur in dem Behälter vermischt werden müssen, wobei die erwünschte Gelatinierung erfolgt. Dazu muss die Mischung erwärmt werden, was im Hinblick auf die relativ große Masse auf homogene Weise schwierig zu bewerkstelligen ist. Demgemäß lässt sich das Verfahren schlecht steuern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die auf diese Weise erhaltenen Produkte nur eine begrenzte Haltbarkeit haben und nicht wasserbeständig sind und darüber hinaus nicht besonders maßhaltig sind. Als Ergebnis des Extrusionsverfahrens und der nach der Extrusion erfolgenden starken Ausdehnung ist die Freiheit der Gestaltung in diesem Verfahren eingeschränkt.
Die Europäische Patentanmeldung 0 118 240 offenbart ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Medikamentenkapseln und ähnlicher Produkte durch Spritzgießen aus einem Stärkekomposit. Dazu wird die Stärkemischung mit niedrigem Wassergehalt in einen geschlossenen Raum, insbesondere den Trichter einer Spritzgießmaschine, eingeführt, wo die Plastifizierung der Mischung bei einer geeigneten, speziellen Temperatur, einem geeigneten, speziellen Druck und einer geeigneten, speziellen Feuchtigkeit bereitgestellt wird. Die Temperatur und der Druck werden in einem solchen Maße erhöht, dass die Mischung über den Glasumwandlungspunkt eingestellt wird. Danach wird die plastifizierte Mischung in ein kaltes Werkzeug gepresst unter Druck gehalten, bis das Produkt oder jedes Produkt sich in ausreichendem Maße abgekühlt hat, wonach das Werkzeug geöffnet und entleert wird.
Der Vorteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass maßhaltige, bioabbaubare Produkte relativ schnell hergestellt werden können. Jedoch sind die möglichen Größen von Produkten, die durch dieses Verfahren hergestellt werden können, begrenzt, und zwar aufgrund des Fließweges in dem Werkzeug. Tatsächlich wird die plastifizierte Masse, die in das Werkzeug gepresst wird, direkt gekühlt, was zu einer Verfestigung führt und ein Fließen der Masse relativ bald nach dem Eintreten in das Werkzeug verhindert. Darüber hinaus tritt keine Vernetzung der Stärke in der Masse ein, so dass die Produkte relativ schwache Festigkeitseigenschaften und im allgemeinen eine relativ geringe Beständigkeit gegenüber Wasser und Feuchtigkeitsbedingungen aufweisen. In einer feuchten Umgebung nehmen die Produkte eine große Menge Wasser auf und werden dabei locker; in einer trockenen Umgebung hingegen verdampft Feuchtigkeit aus den Produkten, so dass sie hart und spröde werden. Die mit diesen Verfahren erhaltenen Produkte haben eine hohe Dichte und keine schaumartige Struktur.
Die Europäische Patentanmeldung 0 407 350 schlägt eine verbesserte Zusammensetzung von Stärkekompositen vor, die u.a. in einem Verfahren gemäß der oben beschriebenen Europäischen Patentanmeldung 0 118 240 verwendet werden soll, durch die z.B. durch Gießen oder Extrusion Produkte mit besseren Festigkeitseigenschaften und einer besseren Beständigkeit gegenüber unterschiedlichen Bedingungen, insbesondere in Bezug auf Feuchtigkeit und Temperatur, hergestellt werden können. Dazu wird zu dem Stärkekomposit ein thermoplastischer Kunststoff gegeben, wonach die Mischung unter sehr gut regulierten und gesteuerten Bedingungen in eine Schmelze überführt wird, die ein anschließendes Gießen oder Extrudieren ermöglicht. Durch die Steuerung der Bedingungen kann sichergestellt werden, dass der thermoplastische Kunststoff schmilzt und sich mit der Stärke vermischt, ohne dass die Stärke zersetzt wird.
Ein Vorteil dieses bekannten Verfahrens liegt darin, dass die Produkte maßhaltig sind, gute Festigkeitseigenschaften und eine relativ gute Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit und Temperaturänderungen aufweisen. Einer der Nachteile dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass der thermoplastische Kunststoff zugegeben werden muss. Dies reduziert die Bioabbaubarkeit und ist vom Umweltgesichtspunkt aus gesehen weniger attraktiv. Weiterhin haben diese Produkte auch eine relativ hohe Dichte. Wenn man darüber hinaus das Komposit zum Spritzgießen verwendet, bleiben die oben erwähnten Nachteile zurück, wie z.B. die mühsame und kostspielige Herstellung des Komposits, die beschränkten Möglichkeiten hinsichtlich der Dimensionierung und das Fehlen von Vernetzung der natürlichen Polymere.
Die Internationale Patentanmeldung 95/04104 offenbart ein Verfahren zur Herstellung geschäumter, bioabbaubarer Produkte aus stärkehaltigen Rohmaterialien, worin in einer Vorstufe eine Stärkemenge durch Erwärmen auf eine Temperatur weit oberhalb der Gelatinierungstemperatur verflüssigt wird, wonach eine Menge wassergesättigter Ramiefasern zugemischt wird. Diese Mischung wird danach in ein Werkzeug geführt oder durch ein Werkzeug geführt oder in ein trockenes Granulat überführt.
Beim Erwärmen der Mischung soll das Wasser aus den Ramiefasern entweichen und als Treibmittel fungieren. Bei der Verwendung dieses bekannten Verfahrens muss ein im wesentlichen trockenes Stärkegranulat in der Vorstufe stark erhitzt werden, wobei dieses Granulat daher keinen flüssigen Teig bilden kann. Demgemäß leidet dieses Verfahren an den oben erwähnten Nachteilen der Gelatinierung der Masse, bevor dieselbe in das Werkzeug eingeführt wird, wie z.B. die mühsame und kostspielige Herstellung des Komposits und die beschränkten Möglichkeiten hinsichtlich der Dimensionierung.
Die Internationale Patentanmeldung 92/13004 offenbart ein Verfahren zur Herstellung fester und geschäumter, bioabbaubarer Produkte aus stärkehaltigen Rohmaterialien. In dieser Apparatur wird eine Menge feuchter Stärke (20% Wasser) u.a. mit etwas Wasser vermischt und in einer erwärmten Wanne vermischt, um eine Gelatinierung der Masse zu erhalten, wonach sie durch eine Auslassöffnung zu einer Folie oder einer Tafel verarbeitet wird. Danach kann die Folie z.B. zu Schalenprodukten verformt werden. Auch in diesem bekannten Verfahren wird die Liquidität der zu verarbeitenden Suspension durch Erwärmen der Masse auf eine Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur erhalten, bevor die endgültige Verarbeitung erfolgt. Darüber hinaus wird zu der erwärmten Masse eine Menge Dampf oder Alkoholdampf gegeben. Die Verarbeitungsmittel (z.B. Walzen) werden bei relativ niedrigen Temperaturen (70ºC) gehalten.
Weiterhin offenbart die Europäische Patentanmeldung 0 634 261 ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Produkte unter Verwendung einer Art Spritzgießtechnik, ausgehend von einer Mischung eines ersten bioabbaubaren Ausgangsmaterials und eines zweiten bioabbaubaren Ausgangsmaterials. Das erstere hat eine Schmelztemperatur von über 100ºC, das zweite von weniger als 100ºC. Entweder wird eine Substanz, die Wasser enthält, zu dem Ausgangsmaterial gegeben, oder Wasser wird auf derartige Weise in das Ausgangsmaterial eingefügt, dass es ein Aufblähen der Zellen ergeben kann. In einer Extruderpresse wird die Masse auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Gelatinierungstemperatur wenigstens des ersten Ausgangsmaterials liegt, vermischt und unter Druck gesetzt und anschließend in einen Werkzeughohlraum gesprüht, der in einem unter Druck gesetzten Raum bereitgestellt wird. Nach dem Einführen der Masse, wird der Druck entfernt, so dass sich das Wasser in der Masse ausdehnt, die Zellen aufbläht und durch die permeable Wand des Werkzeughohlraums austritt. Ein solches Verfahren erfordert eine komplizierte Zusammensetzung von Ausgangsmaterialien, die zudem nicht vollkommen bioabbaubar sind. Weiterhin hat dieses Verfahren die oben erwähnten Nachteile, die sich aus der Gelatinierung wenigstens eines Teils der Masse vor ihrer Einführung in das Werkzeug ergeben, wie z.B. die mühsame und kostspielige Herstellung des Komposits, die begrenzten Möglichkeiten hinsichtlich der Dimensionierung. Unter anderem als Ergebnis der porösen Wände weisen insbesondere die Außenwandteile der Produkte, die gemäß diesem Verfahren hergestellt werden, keine dichte, kompakte Wand auf, sondern eine gleichmäßige Verteilung von Zellen gleichförmiger Größe innerhalb der gesamten Produktdicke.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Produkte bereitzustellen, in dem die Zugabe des Ausgangsmaterials einfach ist, die hergestellten Produkte sich einfach aus dem Werkzeug entfernen lassen, welches eine relativ große Freiheit hinsichtlich der Formgebung ermöglicht, und worin die hergestellten Produkte eine gute Maßhaltigkeit und eine relativ gute Beständigkeit gegenüber verschiedenen Bedingungen aufweisen, einschließlich feuchter Umgebungen und Temperaturänderungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung bioabbaubarer Produkte mit einer aufgeblähten Schaumstruktur, worin eine Masse, die wenigstens natürliche Polymere, wie Stärke, umfasst, unter Druck in oder durch ein Werkzeug geführt wird, und die Masse in dem Werkzeug auf derartige Weise erwärmt wird, dass sich eine Gelatinierung und Vernetzung der natürlichen Polymeren ergibt, während die Masse vor dem Einführen in das Werkzeug eine Temperatur aufweist, die bei oder unterhalb der Gelatinierungstemperatur liegt, und dieselbe in dem Werkzeug wenigstens eine gewisse Zeit lang bei einer Temperatur gehalten wird, die oberhalb der Härtungstemperatur liegt.
Aufgrund der Zugabe der Masse - aus der das Produkt oder jedes Produkt geformt werden soll - bei einer Temperatur, die unterhalb der Gelatinierungstemperatur liegt, kann die Zugabe der Masse auf einfache Weise realisiert werden, z.B. über Pumpen und Rohrleitungen. Darüber hinaus kann ein Vorrat der Masse vorher hergestellt werden und aus einem Vorratsbehälter direkt einer Verarbeitungsapparatur zugeführt werden. Indem man anschließend die Masse unter Druck in das Werkzeug oder durch das Werkzeug hindurch leitet und dieselbe nur erwärmt, wird gewährleistet, dass das Werkzeug immer in ausreichendem Maße gefüllt wird. Der Fließweg, d.h. der Weg oder jeder Weg, den die Masse zum Werkzeug und in das Werkzeug zurücklegt, kann dann im Hinblick auf die Querschnitte der Durchgänge lang oder sehr lang sein. Nur im Werkzeug erfolgt zuerst eine Gelatinierung der natürlichen Polymere und dann eine Vernetzung dieser Polymere.
Aufgrund der erfolgenden Vernetzung wird ein festes Produkt erhalten. Ein natürliches Polymer stellt ein relativ festes Skelett bereit, das sich vorzugsweise um kontinuierliche Zellen herum erstreckt, die sich in dem Werkzeug aufgrund der Feuchtigkeit oder anderer Treibmittel bilden, welche aufgrund der Wärme in dem Werkzeug und des darin vorliegenden Drucks versuchen, aus der Masse zu entweichen und dabei Blasen bilden. Folglich hat das erhaltene Produkt eine aufgeblähte schaumartige Struktur. Da die natürlichen Polymere ein relativ steifes Gehäuse bereitstellen, ist das so erhaltene Produkt maßhaltig, wenn es aus dem Werkzeug herausgenommen wird. In Abhängigkeit u.a. von dem Vernetzungsgrad ist das erhaltene Produkt mehr oder weniger flexibel.
Da das Werkzeug und nicht die Masse erwärmt wird, bevor dieselbe in das Werkzeug gepresst wird, können die Temperaturen in dem Werkzeug in geeigneter Weise gesteuert werden, sowohl für das Werkzeug als ganzes als auch für jeden separaten Teil desselben. Folglich können Produkte mit unterschiedlichen und variierenden Wanddicken und unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. In der Tat, wenn man mehr oder weniger erwärmt und/oder während einer längeren oder einer kürzeren Zeitspanne erwärmt und z.B. den Druck einstellt, kann z.B. der Vernetzungsgrad der Polymere lokal gesteuert werden, so dass die mechanischen und physikalischen Eigenschaften beeinflusst werden. All dies kann auf einfache Weise durch den Fachmann bestimmt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Verfahren gemäß der Erfindung weiterhin durch die Merkmale gemäß Anspruch 2 gekennzeichnet.
Durch Steuerung der Verfahrensbedingungen, insbesondere der Zugaberate der Masse, der Temperatur des Werkzeugs und des Drucks im Werkzeug wird ein Produkt hergestellt, in dem die Zellen nahe der Werkzeugwand kleiner sind als in der Mitte zwischen den Wänden des Werkzeugs. Mit anderen Worten, in dem Produkt nimmt die Zellengröße von der Innenseite zur Außenseite ab. Somit wird eine relativ geschlossene, wasserdichte Haut erhalten, die das Produkt in geeigneter Weise vor einem vorzeitigen Zerfall schützt, während die Innenseite des Produkts relativ große Zellen umfasst, die das Produkt leicht und flexibel halten können. Ein weiterer Vorteil der Haut mit einer relativ großen Dichte besteht darin, dass folglich eine straffe und glatte Oberfläche erhalten wird, die dem Produkt ein angenehmes Aussehen verleiht; das Produkt einen angenehmen Griff hat, sich leicht aus dem Werkzeug entfernen lässt, sich leicht bedrucken lässt und darüber hinaus hygienisch ist. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird demgemäß eine Zellstruktur erhalten, die nicht homogen ist, wenigstens bei der Betrachtung durch die Wanddicke hindurch.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß der Erfindung durch die Merkmale gemäß Anspruch 3 gekennzeichnet.
Beim Aufbauen der Produkte gemäß der Erfindung aus Schalen- oder Tafelteilen, die jeweils wenigstens eine geringe Dicke aufweisen - im Hinblick auf die anderen Abmessungen, wenigstens hinsichtlich der Außenseitenabmessungen -, können voluminöse Produkte hergestellt werden, denen während der Herstellung dennoch an allen Punkten eine so große Wärme zugeführt werden kann, dass der erwünschte Vernetzungsgrad erfolgt. Somit können schalenförmige Produkte hergestellt werden, d.h. auch blockförmige Produkte z.B. mit einer Vertiefung, in der ein zu verpackendes Produkt vollständig oder teilweise aufgenommen werden kann, und Füllvorrichtungsblöcke, z.B. Packungen, können hergestellt werden. Auch können z.B. durch Extrusion z.B. hohle oder gerippte Profile hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil der relativ dünnen Tafelmaterialien besteht darin, dass als Ergebnis eine relativ große Flexibilität erhalten wird, während die Produkte dennoch die erwünschten Festigkeitseigenschaften und Volumina beibehalten.
In einer ersten Ausführungsform ist ein Verfahren gemäß der Erfindung durch die Merkmale gemäß Anspruch 4 gekennzeichnet.
Unter Verwendung eines Teigs, der unterhalb der Gelatinierungstemperatur, vorzugsweise Raumtemperatur, flüssig ist, kann die Zuführung des Teigs auf einfache Weise realisiert werden, z.B. über Rohrleitungen und unter Verwendung einfacher Pumpenmittel. Darüber hinaus kann ein Vorrat des Teigs vorher hergestellt werden und aus dem Vorratsbehälter direkt einer Verarbeitungsapparatur zugeführt werden. In diesem Zusammenhang gewährt die Liquidität des Teigs den Vorteil, dass der Fließweg in dem Werkzeug besonders lang ist. Das Wasser in dem Teig fungiert als Treibmittel und stellt darüber hinaus beim Verdampfen aus dem Werkzeug Raum für die Ausdehnung der Zellen bereit.
Der Teig besteht vorzugsweise vollkommen aus bioabbaubaren Bestandteilen, insbesondere in Form einer Suspension. Als Ergebnis werden die guten Fließeigenschaften des Teigs beibehalten, und ein rohes Ausgangsmaterial, wie Stärke, z.B. Kartoffelstärke oder Tapioka, kann verwendet werden. Zudem kann eine solche Suspension einfach gelagert werden, wenigstens besser als eine bereits gelatinierte Mischung.
In der Niederländischen Patentanmeldung 9300102 wird eine Anzahl von Beispielen solcher Teige beschrieben. Diese Teige umfassen 500 bis 1500 Gewichtsteile Stärke oder Stärkederivate, 0,5 bis 50 Gewichtsteile Xanthangum, 5 bis 250 Gewichtsteile eines reaktiven Siloxans und 25 bis 300 Gewichtsteile eines inerten Füllstoffs in Wasser. Zusätzlich dazu sind vorzugsweise 0,5 bis 50 Gewichtsteile eines Salzes eingeschlossen. Die beschriebenen Ausführungsformen sollten jedoch diesbezüglich nicht als einschränkend angesehen werden. Wenn andere Teigzusammensetzungen verwendet werden, müssen die Verarbeitungsbedingungen, wie Druck, Temperatur und Zeit, häufig angepasst werden.
Als geeignete natürliche Polymere werden natürliche Stärke, z.B. Kartoffelstärke, Maisstärke, Weizenstärke, Wachsmaisstärke, Tapiokastärke, Erbsenstärke, Stärke mit hohem Amylosegehalt oder Reisstärke erwähnt. Vorzugsweise wird jedoch Kartoffelstärke verwendet, deren Amylopektingehalt zwischen 75 und 100% variieren kann. Stärkederivate können auch verwendet werden, z.B. Stärke, die durch Veretherung, Veresterung, Säurehydrolyse, Oxidation, Vernetzung und/oder die Wirkung von Enzymen modifiziert wurde.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß der Erfindung durch die Merkmale gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8 gekennzeichnet.
Die Verwendung eines relativ trockenen, gegebenenfalls geringfügig vorgeschäumten Ausgangsmaterials ergibt den Vorteil, dass relativ wenig Wasser oder andere Feuchtigkeit in dem Werkzeug verdampft werden muss, was erhebliche energetische Vorteile hat, um so mehr, da die Masse nur in dem Werkzeug erwärmt werden muss, und nicht in der Vorstufe. Die Masse kann z.B. aus körnigem Material bestehen, insbesondere mehr oder weniger kugelförmigen Teilchen mit einer kleinen bis sehr kleinen Größe in Bezug auf die Durchgangsöffnungen zu dem Werkzeug und in dem Werkzeug. Dieses körnige Material kann ein Treibmittel, z.B. in Form von Wasser, oder Treibmittel enthalten, die beim Erwärmen einfach freigesetzt werden und/oder beim Erwärmen verdampfen, wie Bicarbonate, die durch Zersetzung bei erhöhter Temperatur eine Gasentwicklung bereitstellen.
Als Ausgangsmaterialien können z.B. die natürlichen Polymere, die im Hinblick auf den Teig erwähnt wurden, verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeug ein Spritzgießwerkzeug verwendet wird.
Unter Verwendung eines Spritzgießwerkzeugs in einem Verfahren gemäß der Erfindung können Produkte mit sowohl regelmäßigen als auch unregelmäßigen Formen hergestellt werden, die maßhaltig sind und verschiedene Wanddicken aufweisen können. Auf diese Weise hergestellte Produkte können z.B. als Tafel- oder Schüsselteile, Schalen und Schachteln und ähnliche schalenförmige Verpackungen und als Füllvorrichtung für z.B. zu verpackende Produkte in Schachteln und dergleichen verwendet werden. Einer der wichtigen Vorteile, der durch dieses Verfahren erreicht werden kann, besteht darin, dass eine größere Freiheit der Formgebung gegenüber der Verwendung von Plattenformen erhalten wird. Die Produkte können auf entfernbare Weise oder nichtentfernbare Weise hergestellt werden, da teilbare Kerne und dergleichen leicht verwendet werden können. Als Ergebnis können z.B. Hinterschneidungen integral geformt werden. Darüber hinaus können größere Höhenunterschiede dahingehend in das Produkt eingefügt werden, dass der Fließweg länger sein kann und die Schwerkraft keinen Einfluss, wenigstens keinen wesentlichen Einfluss, auf die Verteilung der Masse hat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Extrusionsdüse verwendet wird. Wenn man eine Extrusionsdüse in einem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet, können bioabbaubare Profile und dergleichen auf einfache Weise mit den oben erwähnten Vorteilen der vernetzten Struktur der natürlichen Polymere hergestellt werden. Da die Masse in kalter, vorzugsweise flüssiger Form zugegeben wird, ist die Herstellung derselben besonders einfach, und Produkte mit den erwünschten Eigenschaften können im wesentlichen in einem Verarbeitungsschritt hergestellt werden. Auf diese Weise können z.B. Tafeln und Profile extrudiert werden, die in großen Längen verwendet werden oder zerteilt werden können und z.B. als lose Füllvorrichtungen bei der Verpackung von Produkten in Schachteln, Kisten, Beuteln und dergleichen verwendet werden können. Die Extrusion und die Verwendung einer Extrusionsdüse sollte hierin insbesondere so verstanden werden, dass dies insbesondere das Pressen einer Formmasse unter Druck durch eine relativ kleine Öffnung bedeutet, wobei diese Öffnung im wesentlichen wenigstens einen Querschnitt des Produkts bestimmt. Der Lieferdruck kann z.B. mit einer Pumpe oder einem Kolben bereitgestellt werden.
Produkte, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, können in einem allgemeinen Sinn in Bezug auf das Volumen als leichtgewichtig gestaltet werden, sie weisen eine ausreichende Festigkeit und Elastizität auf und sind auf zweckmäßige Weise gegenüber unterschiedlichen Bedingungen widerstandsfähig, insbesondere wenn man eine "Haut" mit einer relativ hohen Dichte und einen Kern mit einer relativ niedrigen Dichte verwendet.
Während der Herstellung der Produkte gemäß der Erfindung tritt durch Verdampfung von Wasser oder unter dem Einfluss von Treibmitteln eine so schnelle Gasbildung auf, dass gleichzeitig mit der Gelatinierung oder vorzugsweise vor der Gelatinierung ein Verschäumen erfolgt. Bei erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur wird dieser Effekt erreicht, während weiterhin festeres Material als Zellwand "komprimiert" wird. Dies ergibt nicht nur einen aus großen Zellen bestehenden Kern mit festen Zellwänden, sondern auch Hautschichten mit einem höheren Verdichtungsgrad fester kleiner Zellen.
Zusätzlich dazu kann eine Anzahl anderer Bedingungen vorliegen, die erfüllt werden müssen, um das erwünschte Ergebnis zu erhalten.
Die kolloidalen Teilchen und entsprechende Bedingungen müssen Anforderungen entsprechen, um die Schaumbildung bereitzustellen, was u.a. eine bestimmte Belastung und bestimmte Oberflächenspannungen in Verbindung mit einem Innen- und Außendruck in den Schaumbläschen erfordert.
Das Füllen des Werkzeughohlraums muss innerhalb einer kurzen Zeitspanne vervollständigt sein, was Anforderungen an die "Fließ"eigenschaften und die Schubkraft zur Folge hat: während dieser kurzen Zeitspanne müssen die "Fließ"eigenschaften ausreichend bleiben, um ein vollständiges Füllen zu gewährleisten, während die Triebkraft - das Treibmittel oder das "Schaum"gas - in einer ausreichenden Menge vorliegen bleiben muss, um die Masse (die sich in zunehmendem Maße schwerer bewegen lässt) voranzutreiben. Das Fließen sollte hierin so verstanden werden, dass es sowohl das Fließen einer Flüssigkeit, wie eines flüssigen Teigs, als auch das Fließen einer körnchenförmigen, relativ trockenen Substanz, wie kleine, rollende und gleitende Körnchen oder Pulver, gegebenenfalls in leicht vorgeschäumter Form, einschließt. Demgemäß ist die Länge des Fließweges wenigstens von der Liquidität des Ausgangsmaterials abhängig, und bei vorgegebenen gleichen Bedingungen ist derselbe für eine Flüssigkeit oder Suspension größer als für ein körnchenförmiges Material. Darüber hinaus wird die Länge des Fließweges durch einen größeren Unterschied zwischen der niedrigen Zugabetemperatur und der Temperatur des Werkzeugs während des Härtens positiv beeinflusst.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf Apparaturen gemäß den Nebenansprüchen 13 und 14, die zur Verwendung in einem Verfahren gemäß der Erfindung geeignet sind.
Um die Erfindung zu erläutern, werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein bioabbaubares Produkt, insbesondere einen durch Spritzgießen hergestellten Füllvorrichtungsblock, in perspektivischer Ansicht mit einem freigemachten Teil;
Fig. 1a zeigt in einem vergrößerten Maßstab zweimal einen Querschnitt einer Wand eines Produkts gemäß Fig. 1;
Fig. 2 zeigt auf schematische Weise in Querschnittsansicht eine Spritzgießapparatur gemäß der Erfindung;
Fig. 2a zeigt in einem vergrößerten Maßstab in Querschnittsansicht einen Teil eines Werkzeugs mit Werkzeughohlraum;
Fig. 3 zeigt in Querschnittsansicht ein bioabbaubares Produkt, insbesondere eine Einlageschale für eine Aufbewahrungsschachtel, die durch Spritzgießen hergestellt wurde;
Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht ein bioabbaubares Produkt, das durch Extrusion hergestellt wurde, und
Fig. 5 zeigt in einer Querschnittsansicht auf schematische Weise eine Extrusionsapparatur gemäß der Erfindung.
Das in Fig. 1 gezeigte Produkt ist ein Füllvorrichtungsblock 1, der z.B. geeignet ist, um ein Gehäuse eines Computers C in einer Schachtel D mit richtiger Passform zu verschließen. Der Computer C und die Schachtel D sind schematisch in gestrichelten Linien dargestellt und werden nur als Beispiel erwähnt. Der Füllvorrichtungsblock 1 besteht aus einem Körper 2 und einer Anzahl erster Rippen 3 und zweiter Rippen 4, die sich von dem Körper 2 nach unten erstrecken. Die ersten Rippen 3 und zweiten Rippen 4 erstrecken sich in etwa rechten Winkeln zueinander. Zwischen den ersten Rippen 3, den zweiten Rippen 4 und dem Körper 2 ist ein Hohlraum 5 mit einem in etwa rechteckigen Querschnitt eingeschlossen. Die Gesamtausmaße (Länge L, Breite B und Höhe H) des Füllvorrichtungsblocks 1 sind groß, in Bezug auf die verwendete Menge an Material und somit in Bezug auf das Gewicht, im Vergleich mit einem vergleichbaren festen Block des gleichen Materials.
Die ersten Rippen 3 weisen einen ersten Teil 6 auf, der in Bezug auf einen zweiten Teil 7 derselben relativ hoch ist. Die zweiten Rippen 4 weisen gleichermaßen einen ersten Teil 8 auf, der in Bezug auf einen zweiten Teil 9 derselben relativ hoch ist. Die relativ hohen Teile 6, 8 sind zusammen angeordnet, ebenso wie die relativ niedrigen Teile 7, 9. Die niedrigen Teile 7, 9 definieren somit eine imaginäre Bodenfläche 10. Die sich in etwa senkrecht erstreckenden Übergangsteile 11 zwischen den hohen Teilen 6 bzw. 8 und den niedrigen Teilen 7 bzw. 9 definieren zwei imaginäre Wandflächen 12, die miteinander und mit der Bodenfläche 10 einen Winkel einschließen. Die Bodenfläche 10 und die Wandfläche 12 definieren einen imaginären Raum, in dem z.B. eine Ecke des Computers C aufgenommen werden kann.
Wenn der Computer C in einer Schachtel D untergebracht ist, wird der Füllvorrichtungsblock 1 zwischen dem Computer C und drei Wandplatten der Schachtel D mit richtiger Passform aufgenommen. Vorzugsweise werden solche Füllvorrichtungsblocks 1 oder vergleichbare, in geeigneter Weise geformte Füllvorrichtungsblocks 1 zwischen dem Computer C und der Schachtel D an verschiedenen Punkten eingepasst, so dass ein Verschieben des Computers C verhindert wird und darüber hinaus eine stoßabsorbierende Fähigkeit erhalten wird, so dass eine Beschädigung vermieden wird. Es ist festzustellen, dass die Rippen zueinander und in Bezug auf den Körper 2 in verschiedenen Orientierungen und Positionen angeordnet werden können, und mehrere oder weniger (Gruppen von) Rippen verwendet werden können. So kann der Körper z.B. auf der Seite proximal zum unterzubringenden Produkt angeordnet werden, so dass eine größere Kontaktfläche zwischen dem Produkt und dem Füllvorrichtungsblock erhalten wird. Zusätzlich dazu können die Hohlräume 5 in verschiedenen Richtungen offen sein, oder wenigstens lokal können sich alle Rippen oder einige Rippen nur in einer Richtung erstrecken und z.B. eine mäandernde, sinusförmige oder anderweitig gebogene Form aufweisen. Ferner können Öffnungen und Vertiefungen in den Rippen und/oder dem Körper bereitgestellt werden. Diese und viele andere Modifizierungen sollen alle in den Bereich der Erfindung fallen.
Der Füllvorrichtungsblock gemäß Fig. 1 wird vorzugsweise durch Spritzgießen in einem Werkzeug hergestellt, wie nachstehend weiter beschrieben wird. Die Herstellung des Füllvorrichtungsblocks 1 wird ausgehend von einem Teig S beschrieben, der wenigstens bioabbaubare Polymere umfasst. Der Teig ist vorzugsweise eine Lösung oder Suspension und insbesondere eine Suspension von Stärke oder eines oder mehrerer solcher natürlichen Polymere in Wasser. Wie nachstehend weiter beschrieben wird, ist es auch möglich, von einem relativ trockenen Ausgangsmaterial auszugehen, z.B. ein körniges Material, und andere Zusammensetzungen können auch verwendet werden. Eine Auswahl für einen Teig oder z.B. ein körniges Material kann z.B. in Abhängigkeit von dem erwünschten Zuführungsmittel, des erwünschten Energieverbrauchs, der Fließwege im Werkzeug und in der Einspeisungsbahn, der Verfügbarkeit von Ausgangsmaterialien und dergleichen erfolgen. In dieser Beschreibung soll "Gelatinierung" sich auf eine Umwandlung eines natürlichen Polymers aus einer geringfügig oder vollkommen losen, körnigen Form oder vergleichbaren Granulatform in eine trockene oder nichttrockene und/oder geschäumte kohäsive Form beziehen, worin verstreckte Polymere vorliegen, die - falls überhaupt - in einem begrenzten Maße miteinander verbunden sind. D.h. es erfolgt ein Übergang von einer festen Substanz, einer kolloidalen Lösung oder Suspension in eine homogenere fluide Masse.
Der Teig ist bei Raumtemperatur und geringfügig oberhalb derselben, wenigstens unterhalb der Gelatinierungstemperatur der Polymere oder wenigstens des größten Teils derselben flüssig, was seine Verarbeitung erleichtert, da die Suspension ein gutes Fließverhalten hat und auf einfache Weise gepumpt werden kann. Dies ergibt den zusätzlichen Vorteil, dass die Polymere während der Einspeisung nicht beschädigt werden, z.B. durch eine Extrusionspressen-Schnecke. Darüber hinaus kann eine solche Suspension auf einfache Weise hergestellt und aufbewahrt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie vollkommen bioabbaubar ist, und Stärke ein Rohmaterial ist, das einfach zu erhalten, preiswert und im Überfluss vorhanden ist, die zudem im Gegensatz von z.B. Produkten, die auf Mineralöl und dergleichen basieren, auf kontinuierliche Weise erneuert wird. Das Wasser dient bei niedriger Temperatur als Lösungsmittel oder als Suspendierungsmittel und als Verflüssiger und nach starkem Erwärmen als Treibmittel. Falls es erwünscht ist, können Additive zu der Suspension gegeben werden, wie z.B. Emulgatoren, Verflüssiger, andere Treibmittel oder Färbemittel und Aromasubstanzen. Weiterhin können z.B. thermoplastische Kunststoffe in relativ geringen Mengen dazu gegeben werden, um z.B. die Festigkeitseigenschaften weiterhin zu verbessern oder die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Beständigkeit gegenüber Temperatureinflüssen oder den Abrieb weiter zu verbessern.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Ausgangsmaterial eine im wesentlichen trockene, körnchenförmige Masse M, die nachstehend weiterhin erklärt wird.
Fig. 2 zeigt auf schematische Weise eine Spritzgießapparatur zur Verwendung in einem Verfahren gemäß der Erfindung, zusammen mit einem Werkzeug, das zur Herstellung eines Produkts gemäß Fig. 1 geeignet ist.
Die Spritzgießapparatur 20 umfasst eine Zuführungsvorrichtung 21 für einen Teig S. eine Sprühdüse 22 und ein Werkzeug 23. Die Zuführungsvorrichtung 21 umfasst eine zylindrische Wand 24 mit einem Kolben 25, der mit passendem Sitz darin beweglich ist. An einem ersten Ende ist die zylindrische Wand 24 mit der Sprühdüse 22 verbunden, und entfernt von der Sprühdüse 22 ist eine Beschickungsöffnung 26 in der Wand 24 angeordnet, die mit einem Beschickungsrohr 27 für den Teig verbunden ist. Der Teig S wird z.B. aus einem Vorratsbehälter 28 unter Verwendung einer Pumpe 29 eingespeist.
Die Sprühdüse 22 besteht aus einem konisch geformten ersten Teil 30, der sich in der Richtung von der Wand 24 hinweg verjüngt, und einem damit verbundenen zweiten Teil 31 mit kreisförmigem Querschnitt, wobei der zweite Teil 31 in Bezug auf die zylindrische Wand 24 enger ist. Über ein thermisch trennendes Verbindungsstück 32 ist der zweite Teil 31 mit einem Anguss 33 des Werkzeugs 23 verbunden. Weiterhin sind Mittel, die in der Zeichnung nicht speziell gezeigt werden, zum Absperren der Beschickungsöffnung 33 nach dem Einführen einer geeigneten Teigmenge in das Werkzeug eingeschlossen. Diese Mittel können z.B. Teil eines Kolbens 25 sein oder durch Ventil-Mittel oder dergleichen gebildet werden. Die thermische Trennung zwischen dem Zuführungsmittel und einem Werkzeug und dem Produkt oder jedem Produkt, das darin gebildet werden soll, sollte durch diese Mittel aufrechterhalten werden.
In dem Werkzeug 23 befindet sich eine Anzahl von Werkzeughohlräumen 34, die nachstehend weiterhin beschrieben werden, und von denen zwei dargestellt werden. Eine unterschiedliche Anzahl von Werkzeughohlräumen kann bereitgestellt werden, die einander gleich sind oder voneinander verschieden sind. Die Werkzeughohlräume 34 sind über Werkzeugkanäle 35 (Fig. 2a) mit dem Anguss 33 verbunden. Verbunden mit dem Werkzeughohlraum 34 oder jedem Werkzeughohlraum 34 an einem von dem Mund 36 entfernten Punkt, wo der relevante Werkzeugkanal 35 sich in den Werkzeughohlraum 34 öffnet, befinden sich ein oder mehrere Entlüftungskanäle 37, die mit der Umgebung in Verbindung stehen. Diese Verbindung ist vorzugsweise offen, sie kann aber auch so eingestellt sein, dass sie z.B. durch ein Druckbegrenzungsventil geschlossen werden kann. Das Werkzeug 23 ist zweckmäßigerweise entlang einer Ebene V teilbar, die den Werkzeughohlraum oder jeden Werkzeughohlraum auf derartige Weise durchschneidet, dass in dem Werkzeughohlraum oder in jedem Werkzeughohlraum gebildete Produkte auf einfache Weise daraus entfernt werden können. Ferner kann für den Werkzeughohlraum 34 oder jeden Werkzeughohlraum 34 ein Entfernungs- oder Auswurfmittel 38 bereitgestellt werden, um die gebildeten Produkte herauszustoßen.
Um die zylindrische Wand 24 herum sind Mittel 39 angeordnet, um den Teig S zu kühlen. Kühlen sollte hierin so verstanden werden, dass es die Beibehaltung einer Temperatur bedeutet, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Gelatinierung der natürlichen Polymere in dem Teig erfolgt. Diese Kühlvorrichtungen können z.B. aus Kühlmittel befördernden Rohren 39 bestehen. Solche Kühlvorrichtungen 39' sind gleicherweise um die Sprühdüse 22 herum angeordnet. Das Werkzeug 23 wird vollständig und/oder lokal erwärmt, wobei man darin eingefügte Heizmittel 40 verwendet. Das thermisch trennende Verbindungsstück 32 trägt zu einem thermischen Entkoppeln der Zuführungsvorrichtung 21 und des Werkzeugs 23 bei. Das Kühlen der Bereiche 21, 22 der Apparatur in Stromaufwärtsrichtung des Werkzeugs 23 verhindert das Auftreten von Gelatinierung, Vernetzung oder chemischer Veränderung in der Suspension in der Zuführungsvorrichtung 21, welche insbesondere die Fließeigenschaften derselben beeinträchtigen würden.
Das Werkzeug 23, von dem Fig. 2a einen Teil mit einem Werkzeughohlraum 34 im vergrößerten Maßstab zeigt, enthält verschiedene Heizungsmittel 40. In der gezeigten, beispielhaften Ausführungsform ist der Werkzeughohlraum 34 als eine Anzahl von gekerbten Vertiefungen 41 definiert, die einander in etwa rechten Winkeln schneiden, in einem ersten Teil 42 des Werkzeugs 23 und einer trogförmigen Aushöhlung 43 in einem zweiten Teil 44, der gegen den ersten Teil 42 des Werkzeugs beweglich ist. Die Tiefe der Aushöhlung 43 ist in Bezug auf die Breite und die Länge derselben gering; die Breite der Vertiefungen 41 ist in Bezug auf die Tiefe und die Länge derselben gering. Wenn der erste Teil 42 gegen den zweiten Teil 44 festgeklemmt wird, definiert der Werkzeughohlraum einen Raum, der der Form des Produkts gemäß Fig. 1 entspricht.
In den Auskragungen 45, die zwischen den Vertiefungen 41 ausgebildet sind, ist ein Heizelement 46 eingeschlossen, z.B. ein elektrisches Heizelement. Es ist festzustellen, dass die Werkzeugteile auch indirekt erwärmt werden können. Auf der Seite der Aushöhlung 43, entfernt von der Trennebene V, sind gleichermaßen Heizelemente 46 eingeschlossen. Die Temperatur der unterschiedlichen Heizelemente ist vorzugsweise individuell steuerbar, aber einige oder alle Heizelemente können auch gekoppelt werden. Zusätzlich dazu kann das Werkzeug von einer Seite oder mehreren Seiten her extern erwärmt werden, z.B. elektrisch oder durch Dampf oder Gasbrenner. Durch die Heizelemente 46 und andere wahlfreie Mittel kann die Temperatur des Werkzeugs auf derartige Weise erhöht werden, dass in dem Werkzeughohlraum 34 während der Anwendung - wie erwünscht - zu allen Zeiten und an allen Punkten die erwünschte hohe Härtungstemperatur erreicht und beibehalten wird.
Die Spritzgießapparatur gemäß den Fig. 2, 2a kann wie folgt verwendet werden.
Die Werkzeugteile 42, 44 werden gegeneinander festgeklemmt, und die Auswurfmittel 38 - falls vorliegend - werden in die hinterste Position gebracht, außerhalb des Werkzeughohlraums 34 oder der Werkzeughohlräume 34. Der Kolben 25 wird in der Richtung weg von der Sprühdüse 22 über die Beschickungsöffnung 26 hinaus bewegt. Als Ergebnis wird die Beschickungsöffnung 26 frei gemacht, und das Innere der Zuführungsvorrichtung 21 und der Sprühdüse 22 wird mit dem Teig S gefüllt. Die Kühlvorrichtungen 39, 39' und die Heizmittel 40, 46 werden auf derartige Weise eingeschaltet, dass die unterschiedlichen Teile auf die erwünschte Temperatur eingestellt werden und dabei gehalten werden. Dazu kann die Temperatur während der Härtungs- und/oder Kühlungszeit konstant gehalten werden oder variiert werden. Der Kolben 25 wird über eine kurze Wegstrecke nach vorne bewegt, so dass eine Menge des Teigs in das Werkzeug und in die Werkzeughohlräume 34 unter hohem Druck gepresst wird, wonach der Anguss 33 unter einer geeigneten thermischen Trennung geschlossen wird. In den Werkzeughohlräumen 34 wird der Teig auf die erwünschte Temperatur gebracht, z.B. zwischen 150ºC und 250ºC, und während einer "Härtungszeit" von z.B. 2 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Als Ergebnis tritt eine Gelatinierung und eine nachfolgende Vernetzung der (natürlichen) Polymere ein. Zusätzlich dazu verdampfen das stark erhitzte Wasser und/oder andere Flüssigkeiten aus dem Teig und geben Anlass zur Bildung von Blasen. In dem Teig werden Blasen gebildet, die durch die vernetzte Struktur teilweise eingekapselt sind. Dies ergibt eine Schaumstruktur, die durch Zugabe von zusätzlichem Treibmittel weiterhin verstärkt werden kann. Um zu ermöglichen, dass im wesentlichen die gesamte verdampfende Feuchtigkeit aus dem Werkzeug entweicht, wird eine ausreichend große Anzahl von Entlüftungsöffnungen bereitgestellt. Nach der Härtungszeit wird das Werkzeug 23 an zwei oder mehr Teilen geöffnet, und die Produkte werden aus den Werkzeughohlräumen 34 herausgenommen oder unter Verwendung der Auswurfmittel 38 aus denselben herausgestoßen.
Beim Erwärmen der Suspension auf eine Temperatur oberhalb von 62ºC und wenigstens oberhalb der Gasbildungs- oder Verdampfungstemperatur des Treibmittels oder eines Treibmittels erfolgt in der Suspension eine Gelatinierung der Stärke und darüber hinaus eine Blasenbildung als Ergebnis der Verdampfung des Wassers. Beim weiteren Erwärmen der Suspension tritt eine Vernetzung der Polymere ein, was eine feste, relativ dichte Struktur um Zellen herum ergibt, die sich aus der Verdampfung des Wassers und gegebenenfalls anderer Treibmittel ergeben.
Das spritzgegossene Produkt hat eine wenigstens weitgehend geschlossene Haut 13 von geschlossenen Zellen und einen Schaumkern 14, der offene Zeilen 15 umfasst. In Fig. 1a wird im vergrößerten Maßstab zweimal ein Querschnitt durch eine der Rippen 3 gezeigt, links in einer stark schematisierten Darstellung, rechts in einer mehr realistischen Form. Die geschlossene Haut 13 stellt eine gute Beständigkeit gegenüber äußeren Einflüssen, wie z.B. Feuchtigkeit und Temperatur, bereit, während der Kern 14 u.a. ein großes Volumen, in Verbindung mit einem relativ kleinen Gewicht, und eine gute Elastizität bereitstellt. Weiterhin hat die Haut 13 eine steifigkeits- und festigkeitsverstärkende Wirkung. Die Wände 14' haben aufgrund der Härtung ein festes Skelett.
Die Haut ist maßhaltig und hat ein glattes und straffes Aussehen, was ästhetisch gesehen vorteilhaft ist und darüber hinaus z.B. ein Bedrucken derselben sowie die Bereitstellung einer Aussparung ermöglicht, wobei der Werkzeughohlraum oder jeder Werkzeughohlraum verwendet wird.
Solange die Haut 13 geschlossen bleibt, wird ein Bioabbau des Produkts auf zweckmäßige Weise verhindert oder wenigstens in einem hohen Maße verlangsamt. Durch eine geeignete Auswahl des Temperaturaufbaus und des Druckaufbaus in dem Werkzeughohlraum können die Eigenschaften des Produkts beeinflusst werden, z.B. dahingehend, dass die Haut 13 in Bezug auf den Kern 14 dünner oder dicker ist, und der Kern 14 und die Haut 13 in einem größeren oder kleineren Maße ("gut durchhärtet") vernetzt sind. Durch Variation der Temperatur mit der Zeit und/oder in den unterschiedlichen Teilen des Werkzeugs und insbesondere durch Veränderung der Temperaturen der unterschiedlichen Auskragungen 45 können die Eigenschaften der unterschiedlichen Teile des Produkts verändert werden, so dass z.B. die Elastizität der Teile unterschiedlich sein kann.
Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, in dem Plattenformen verwendet werden, wird bei dem Spritzgießen zuerst der Werkzeughohlraum geschlossen und erst dann wird der Teig in das Werkzeug eingeführt. Demgemäß kann das Gesamtvolumen des Werkzeughohlraums größer sein als das Volumen der separaten Werkzeughohlraumteile, die in dem ersten Teil 42 bzw. dem zweiten Teil 44 des Werkzeugs enthalten sind. In dem bekannten Verfahren muss tatsächlich der Teig in einen becherförmigen Hohlraum eingeführt werden und darin festgehalten werden, bis das Werkzeug geschlossen wird. Wenn das Werkzeug geschlossen wird, lässt sich der Teig zudem nicht über die Kanten hinwegdrücken, weil er dann zwischen die Abquetschflächen fließt und ein Verschließen des Werkzeugs verhindert oder wenigstens erschwert. In dem bekannten Verfahren sollte daher das gesamte Volumen des geschlossenen Werkzeughohlraums beträchtlich kleiner sein als das Volumen des Becherwerkzeugs, das zudem anfänglich die gesamte Feuchtigkeit einschließt, die anschließend verdampft.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer Innenschale 50 in einer Aufbewahrungsschachtel 51, in der in der Innenschale 50 z.B. ein Haushaltsgerät 52 aufgenommen werden kann. Die Innenschale 50 ist schüsselförmig, d.h. wenigstens größtenteils dünnwandig, und hat einen Aufnahmehohlraum 53. Angrenzend an die oberen Ecken 54 des Aufnahmehohlraums 53 ist an gegenüberliegenden Seiten ein Einklemmvorsprung 55 angeordnet, der integral damit ausgebildet ist und eine Hinterschneidung 56 aufweist, unter die der elektrische Rasierapparat 52, der in gestrichelten Linien gezeigt wird, gedrückt werden kann. Die Innenschale wird durch Spritzgießen hergestellt, wobei man einen teilbaren Kern verwendet. Als Ergebnis können die Einklemmvorsprünge 55 integral spritzgegossen werden. Demgemäß befähigt das Verfahren gemäß der Erfindung auch zur Herstellung bioabbaubarer, nichtentnahmefähiger Produkte in einem Verarbeitungsschritt, was solche Produkte insbesondere z.B. als Verpackungsmaterial, Aufbewahrungsmaterial und dergleichen, aber auch als Füllmaterial, z.B. für sandwichartige Konstruktionsteile, für Gehäuse und dergleichen, geeignet macht.
Fig. 4 zeigt ein Füllmaterialprodukt 60 in Form eines sogenannten "losen Füllmaterials", ein Füllmaterialprodukt 60, das zum Verpacken von Produkten in einer stoßabsorbierenden Weise verwendet wird, z.B. in Schachteln, Gehäusen, Kisten oder ähnlichen Verpackungen. Dazu wird eine Vielzahl der Füllmaterialprodukte 60 auf lockere Weise in den Raum zwischen einem zu verpackenden Produkt (oder Produkten) und dem Paket geschüttet, wonach das Paket verschlossen werden kann, und Bewegungen des verpackten Produkts in dem Paket verhindert werden oder wenigstens in einer stoßabsorbierenden Weise angepasst werden. Für diesen Zweck ist das lockere Füllmaterial in geringem Maße elastisch verformbar.
Das in Fig. 4 gezeigte Füllmaterialprodukt 60 umfasst einen etwa zylindrischen Kern 61 und eine Anzahl von Rippen 62, die sich vom Kern aus in etwa radial erstrecken, und die sich über die gesamte Länge des Kerns erstrecken. Die Rippen sind in Bezug auf ihre Höhe und Länge relativ dünn, so dass sie ein Maß für das Biegungsspiel aufzeigen. Der Umfang des Füllmaterialprodukts 60, gemessen entlang der Oberseiten der Rippen 62, ist in hohem Maße für das Volumen maßgeblich, welches das Füllmaterialprodukt einnimmt, so dass ein günstiges Verhältnis von Volumen zu Gewicht erhalten wird.
Die Füllmaterialprodukte gemäß Fig. 4 und ähnliche z.B. längsseitig symmetrische Produkte können durch Extrusion mit einer Apparatur gemäß Fig. 5 gebildet werden. Die Extrusionsapparatur umfasst eine Zuführungsvorrichtung, umfassend die Mittel 80 für die (halb)kontinuierliche, unter Druck stehende Zuführung des Teigs S für eine körnchenförmige Masse M, die in gewissem Maße vorgeschäumt ist oder nicht vorgeschäumt ist, aus einem Vorratsbehälter zu einer Sprühdüse 81, wobei z.B. eine oder mehrere Pumpen verwendet werden. In dieser Extrusionsapparatur ist mit der Sprühdüse 81 eine Extrusionsdüse 63 verbunden, die eine oder mehrere Extrusionsöffnungen 64 eines Querschnitts umfasst, der in der Form dem Querschnittsbereich der zu erhaltenden Füllmaterialprodukte im wesentlichen entspricht, wenigstens demjenigen ähnlich ist. Die Zuführungsvorrichtung 80 und insbesondere die Sprühdüse 81 sind mit Kühlvorrichtungen 82 versehen, wie z.B. oben beschrieben wurde.
Die Extrusionsdüse umfasst Heizmittel 65, die auf derartige Weise angeordnet sind, dass wenigstens in den Extrusionsöffnungen die Temperatur exakt gesteuert werden kann, z.B. auf 150 bis 200ºC. Auf der Seite der Extrusionsdüse 63, entfernt von der Zuführungsvorrichtung 80, befindet sich ein Abschneider 66, durch den extrudierte Profile beim Austreten aus den Extrusionsöffnungen zu kurzen Längen geschnitten werden können.
Die Apparatur gemäß Fig. 5 kann wie folgt verwendet werden.
Aus der Zuführungsvorrichtung 80 wird ein kontinuierlicher Strom des Teigs S oder der Masse M in körniger Form - in einem geringfügig vorgeschäumten Zustand oder im nichtvorgeschäumten Zustand - über die Sprühdüse 81 der erwärmten Extrusionsdüse 63 zugeführt und durch die Extrusionsöffnung 64 oder jede Extrusionsöffnung 64 gepresst. Der voraneilende Teil des Teigs gelatiniert und fängt an zu vernetzen, wobei die Feuchtigkeit aus dem Teig verdampft und das Verschäumen des Produkts bewirkt, gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichen Treibmitteln und anderen Additiven. Vorzugsweise erweitert sich der Querschnitt der Extrusionsöffnung 64 oder jeder Extrusionsöffnung 64 geringfügig in Extrusionsrichtung auf derartige Weise, dass während des Verschäumens eines Produkts, wenn der härtende Teig S durch die Extrusionsöffnung hindurchgeht, der Druck, der auf das Füllmaterialprodukt 60 ausgeübt wird, ausreichend ist, um die erwünschten Haut- und Kerneigenschaften zu erhalten, ohne dass die vernetzte Struktur desselben durch die Extrusionsdüse zerbrochen oder anderweitig beschädigt wird.
Als Ergebnis der kontinuierlichen Zuführung von Teig wird der "gehärtete" Teil des extrudierten Profils auf derartige Weise vorwärts gestoßen, dass es die entsprechende Extrusionsöffnung 64 verlässt. Auf der voraneilenden Seite wird jedesmal ein Teil des Profils abgeschnitten, wobei die abgeschnittene Fläche verschlossen wird. Auf diese Weise kann mit relativ hoher Rate und relativ geringen Kosten eine große Menge lockeren Füllmaterials aus einem flüssigen Teig hergestellt werden. Diese Füllmaterialprodukte oder Profile großer Länge sind bioabbaubar und können z.B. auch in Tafelform vorliegen.
Wenn der Teig flüssig ist - vorzugsweise in Form einer Lösung oder Suspension - sind die Herstellung, die Lagerung, der Transport und die Dosierung desselben besonders einfach, und in einem Verfahren gemäß der Erfindung kann eine einfache Apparatur verwendet werden, durch die diese Verfahren relativ preiswert werden. Ferner brauchen in den meisten Ausführungsformen die natürlichen Polymere nicht irgendwelchen kostspieligen Vorbehandlungen unterzogen zu werden, bevor sie verwendet werden können. Sie brauchen nur in den Teig eingearbeitet zu werden.
Im Vorhergehenden wurden Verfahren und Apparaturen zur Herstellung bioabbaubarer Produkte mit einer geschäumten Struktur beschrieben, wobei man eine Spritzgießtechnik oder eine Extrusionstechnik verwendete, wobei das Ausgangsmaterial ein flüssiger Teig, insbesondere eine Lösung oder Suspension, war. Wie angegeben wurde, ist es jedoch auch möglich, von einer im wesentlichen trockenen Masse auszugehen, die z.B. aus einem körnigen Material besteht oder wenigstens dasselbe umfasst. Das körnige Material kann z.B. mehr oder weniger kugelförmige Teilchen kleiner Ausmaße - in Bezug auf die Öffnungen in den Werkzeugen und den Zuführungsvorrichtungen - umfassen. Wie eine Flüssigkeit können diese Teilchen ein gewissen Fließverhalten aufzeigen, infolge dessen sie unter dem Druck der Zuführungsvorrichtung das Werkzeug füllen können oder durch dasselbe transportiert werden können.
Die Teilchen, welche z.B. Wasser oder ein anderes Treibmittel in relativ kleinen Mengen enthalten können, werden - nachdem sie in das Werkzeug eingeführt wurden - erwärmt und quellen demgemäß auf, da das vorliegende Treibmittel die Teilchen aufbläht, gerade wie im Fall der Teilchen, die in der Lösung oder Suspension eingeschlossen sind. Auch bei einer derartigen Ausgangsmasse stellen die Polymere einen hohen Vernetzungsgrad und somit eine feste Zellwand der geschäumten Zellen bereit. Für ein derartiges Verfahren gilt ebenso, dass das Werkzeug als heißes Teil, zusammen mit dem Druck und dem Treibmittel, zu einem hohen Verdichtungsgrad der äußeren Teile der Wände eines Produkts - die sogenannte Haut - führt, während der Kern größere Zellen enthält.
Aufgrund der Tatsache, dass in diesem Verfahren weniger Feuchtigkeit in der Ausgangsmasse eingeschlossen ist, ist deshalb relativ wenig Energie notwendig, da weniger Wärme für die Verdampfung benötigt wird. Genau dies ist von besonderer Bedeutung für die Herstellung bioabbaubarer Produkte, im Hinblick auf die umweltbedingten Vorteile, die mit solchen Produkten erreicht werden können. Teilweise als Folge der relativ preiswerten Rohmaterialien und der hohen Produktraten, die erreicht werden können, wird somit ein niederenergetisches, umweltfreundliches und wirtschaftlich vorteilhaftes Produktionsverfahren für Produkte erhalten, die - falls überhaupt - geringe Umweltprobleme mit sich bringen, auch im unterstromigen Bereich, d.h. als Abfall.
Wenn eine Masse M in körniger Form verwendet wird, tritt natürlich ein anderes Fließverhalten auf, als wenn ein Teig S verwendet wird. Darüber hinaus ist nicht jedes Ausgangsmaterial zur Verwendung als Granulatform oder in körniger Form geeignet, wenigstens nicht auf vorteilhafte Weise. Wenn man zudem ein körniges Material zusammen mit Füllstoffen oder Kombinationen von körnigen Materialien verwendet, ist es manchmal nicht leicht, ein Auftrennen zu verhindern oder ein gutes, konstantes Mischen zu erhalten und/oder beizubehalten.
Auch deshalb sind Produkte gemäß der Erfindung zur Verwendung als Verpackungsmaterial praktisch, wobei sie zudem keine Probleme bezüglich der statischen Aufladung darstellen.
Um das Aussehen der Produkte zu verbessern, kann zu dem Teig ein Färbemittel gegeben werden, oder es kann eine Oberflächenschicht gebildet werden, z.B. durch Strukturunterschiede oder durch Variation der Temperatur des Werkzeugs an unterschiedlichen Positionen quer über die Oberfläche, so dass als Ergebnis unterschiedlicher Härtungsbedingungen lokale Änderungen in der Haut auftreten. Natürlich ist es auch möglich, Teile des Produkts nach der Herstellung mit einer Beschichtung, Färbung oder einem Aufdruck zu versehen. Weiterhin ist es möglich, in das Produkt z.B. Einsatzteile einzuformen.
Zur Erläuterung werden Beispiele von Verfahren gemäß der Erfindung angegeben, die keinesfalls als einschränkend ausgelegt werden sollten.

Beispiel I

1000 g Kartoffelstärke wurde in einen Hobart-Mischer eingeführt, und unter Rühren mit niedriger Geschwindigkeit (Position 1) wurden nacheinander 2 g Kelzan S, 2 g Hydroxylapatit, 75 g Kaolin Spes und 75 g Hydrocarb 90 dazu gegeben. Nachdem alle Komponenten zugegeben waren, erfolgte weitere 15 Minuten lang ein Vermischen (Position 1). Diese Mischung wurde in eine vorher gemessene und gerührte Zusammensetzung von 1150 g Leitungswasser und 22 g Siliconöl HY eingeführt. Nachdem alle Komponenten gerührt waren (Position 2), um einen flüssigen Teig zu bilden, wurde dieser in eine Zuführungsvorrichtung einer angepassten Spritzgießmaschine eingeführt. Die verwendete Spritzgießmaschine ist eine solche des Typs EPS-10 der Firma Thermoware aus Barneveld. Die verwendete Spritzgießmaschine umfasste ein Werkzeug mit zehn Werkzeughohlräumen zur Bildung von Schalen, wobei jede Schale eine Größe von 150 · 75 · 25 mm (L · B · H) und eine Wanddicke von 2,5 mm hat. Das Spritzgießwerkzeug umfasste elektrische Heizelemente und eine Kolben-Einspritzvorrichtung mit einer thermisch von dem Werkzeug abgekuppelten Verriegelung. Pro Werkzeughohlraum wurden etwa 15 cm³ Teig unter einem Druck von 2 bar und bei einer Temperatur von 20ºC eingespritzt. Das Werkzeug wurde mit einer Temperaturtoleranz von 200ºC bis 220ºC auf 210ºC erwärmt, und das Werkzeug wurde mit einer Kraft von 5 kN pro Werkzeughohlraum geschlossen. Das Werkzeug wurde 120 Sekunden lang geschlossen und bei der erforderlichen Temperatur gehalten, so dass jeder Werkzeughohlraum vollkommen mit geschäumtem Produkt gefüllt wurde. Während des Erwärmens entwichen 98% des Wassers, im wesentlichen in Form von Dampf, über Entlüftungsöffnungen in dem Werkzeug, wobei das Wasser als Treibmittel fungiert. Nach 120 Sekunden wurde das Werkzeug geöffnet, und die spritzgegossenen Produkte wurden unter Verwendung der Ejektoren aus den Werkzeughohlräumen herausgedrückt. Die auf diese Weise gebildeten Produkte waren direkt zur Anwendung bereit. Jedes Produkt hatte einen Kern einer Dicke von etwa 2,1 mm, der an gegenüberliegenden Seiten durch eine Haut einer Dicke von etwa 0,2 mm bedeckt war. Jedes Produkt hatte einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1% und ein Gewicht von 8 g.

Beispiel II

Ein Teig wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel I hergestellt. Bei einem Druck von 4 bar wurde dieser Teig auf kontinuierliche Weise einer Extrusionsdüse mit einer sternförmigen Öffnung eines Querschnitts von 250 mm² und einer Länge von 50 mm, deren Schlitz in der Stromabwärtsrichtung 150 mm lang war, zugeführt. Die Düse wurde auf eine Temperatur von 210ºC erwärmt, so dass etwa 95% des Wassers aus dem Teig verdampften, um Zellen zu bilden, während in dem Teig eine Gelatinierung und Vernetzung der Stärkepolymere um die Zellen herum erfolgte. Beim Verlassen der Düse hatte sich ein Profil mit einem Schaumkern gebildet, das durch eine Haut einer Dicke von etwa 0,1 mm bedeckt war, das gebildete Produkt wurde durch den gerade eingeführten Teig aus der Düse herausgestoßen. Das so hergestellte Profil hatte ein spezifisches Gewicht vom etwa 150 g/dm³ und konnte auf einfache Weise zu kürzeren Längen geschnitten werden, um loses Füllmaterial zu bilden.

Beispiel III

Eine Menge natürlicher Stärke in körniger Form wird in eine Vorbehandlungsapparatur eingeführt. Die Körnchen haben in etwa eine Kugelform mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 50 um, wobei jedes Körnchen einen Wassergehalt von etwa 20% hat. Das körnige Material wird auf eine leicht erhöhte Temperatur eingestellt, wonach ein reduzierter Druck auf derartige Weise bereitgestellt wird, dass die Körnchen vorgeschäumt werden. Während des Vorschäumens nehmen die Körnchen einen Durchmesser von Etwa 100 bis 150 um an, während der Wassergehalt auf etwa 10% abnimmt. Unter Verwendung eines pneumatischen Kolbensystems werden 85 cm³ vorgeschäumtes, körniges Material mit einer Dichte von etwa 100 bis 180 g/l, in ein Spritzgießwerkzeug gepresst. Das Spritzgießwerkzeug hat einen trogförmigen Hohlraum mit den Ausmaßen 190 · 125 · 18 mm und einer Wanddicke von 3 mm. Das Werkzeug wird mit einer Kraft von etwa 5 kN pro Hohlraum geschlossen gehalten und anschließend etwa 40 Sekunden lang auf etwa 200ºC erwärmt, was eine Gelatinierung und Vernetzung der natürlichen Polymere ergibt, während das Wasser im wesentlichen aus den Körnern verdampft und Anlass zu einem weiteren Verschäumen gibt. Die Wand des auf derartige Weise gehärteten Produkts hat einen Kern aus offenen, geschäumten und relativ großen Zellen, während die Außenseiten der Wand eine Struktur von kompakten, relativ kleinen und im wesentlichen geschlossenen Zellen aufweisen. Die so erhaltene Schale wird daraufhin aus dem Werkzeug herausgenommen, sie ist dann maßhaltig und hat einen Wassergehalt von etwa 1%.
Die Erfindung ist keineswegs auf die gezeigten oder beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Viele Variationen sind möglich. Die Freiheit der Formgebung, die mit den Verfahren gemäß der Erfindung erreicht werden kann, ist tatsächlich unbegrenzt. Somit können alle Arten anderer Produkte mit einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, wie z.B. Schalen für Chips oder Snacks, essbare Behälter, wie Eiskrembecher, Platten-, Stab- und Profilmaterial für alle Anwendungsarten und viele andere vergleichbare, im wesentlichen dünnwandige Produkte. Diese und vergleichbare Variationen sollen in den Bereich der Erfindung fallen, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer Produkte mit einer mit einem Treibmittel hergestellten Schaumstruktur, worin eine Masse, die wenigstens natürliche Polymere, wie Stärke, umfasst, unter Druck in oder durch ein Werkzeug (23, 63) geführt wird, und die Masse (M, S) in dem Werkzeug (23, 63) auf derartige Weise erwärmt wird, dass sich wenigstens eine Vernetzung von natürlichen Polymeren ergibt, während die Masse vor dem Einführen in das Werkzeug bei einer Temperatur gehalten wird, bei der die nichtgelatinierten natürlichen Polymere in der Masse nicht gelatiniert werden, bevor die Masse in das Werkzeug eingeführt wird, so dass im wesentlichen keine Gelatinierung von natürlichen Polymeren, die in der Masse eingeschlossen sind, bewirkt wird, bevor die Masse in das Werkzeug eingeführt wird, wobei die Masse, die unterhalb der Gelatinierungstemperatur liegt, in dem Werkzeug wenigstens auf die Härtungstemperatur gebracht wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Zellen (15) im wesentlichen eine Wand von natürlichen Polymeren aufweisen, die während des Erwärmens vernetzt werden, während die Zellgröße durch die Wanddicke jedes Produkts in solcher Weise variiert ist, dass sie in der nach außen gerichteten Richtung abnimmt.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, worin jedes Produkt mit einer Anzahl von platten-, stab- oder schüsselartigen Teilen (2, 3, 4, 50, 61, 62) ausgebildet ist, die jeweils in wenigstens einer Richtung eine Dimension aufweisen, die im Hinblick auf die gesamten Dimensionen des Produkts (1, 50, 60) relativ klein ist.

4. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Masse durch einen flüssigen Teig gebildet wird, umfassend eine Suspension oder Lösung (S) wenigstens der natürlichen Polymere, wie Stärke, in einer Flüssigkeit.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin ein Teig (S) verwendet wird, der im wesentlichen vollständig aus bioabbaubaren Bestandteilen besteht.

6. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein Teig aus wenigstens Wasser und Stärke verwendet wird, und das Werkzeug auf eine Temperatur von mehr als 130ºC und vorzugsweise zwischen 150 und 200ºC erwärmt wird.

7. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Masse in einem relativ trockenen Zustand, vorzugsweise in Granulatform, in das Werkzeug eingeführt wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse vor dem Einführen in das Werkzeug geringfügig vorgeschäumt wird, ohne dass dies zu einer Gelatinierung führt.

9. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein Treibmittel, vorzugsweise wenigstens Wasser, in der Masse (M, S) eingeschlossen ist.

10. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein Spritzgusswerkzeug (23) als Werkzeug verwendet wird.

11. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Extrusionsdüse (63) als Werkzeug verwendet wird.

12. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Produkt in dem Werkzeug gehärtet wird.

13. Apparatur zur Herstellung bioabbaubarer Produkte (1, 50, 60), umfassend ein Werkzeug (23, 63), das wenigstens einen Werkzeughohlraum (34, 64) und Zuführungsmittel (20, 80) enthält, um eine Masse (M, S) unter Druck in den oder jeden Werkzeughohlraum (34, 64) einzuspeisen, worin Heizungsmittel (40, 46, 65) bereitgestellt sind, um das Werkzeug zu erwärmen, und worin Mittel (32, 39, 39', 82) bereitgestellt sind, um die Zuführungsmittel, im Hinblick auf das Werkzeug, relativ kühl zu halten, und zwar auf derartige Weise, dass die darin angeordnete Masse wenigstens unterhalb der Gelatinierungstemperatur gehalten wird.

14. Apparatur zur Herstellung bioabbaubarer Produkte (60), umfassend eine Extrusionsdüse (63), die wenigstens eine Extrusionsöffnung (64) und Zuführungsmittel (80, 81) aufweist, um eine Masse (M, S) unter Druck in und durch die oder jede Extrusionsöffnung (64) einzuspeisen, worin Heizungsmittel (65) bereitgestellt sind, um die Düse (64) zu erwärmen, und worin Mittel (82) bereitgestellt sind, um die Zuführungsmittel, im Hinblick auf die Düse, relativ kühl zu halten, und zwar auf derartige Weise, dass die darin angeordnete Masse wenigstens unterhalb der Gelatinierungstemperatur gehalten wird.

15. Apparatur gemäß irgendeinem der Ansprüche 13 oder 14, worin die Zuführungsmittel (20, 80) für die Masse (M, S) zum Werkzeug oder zur Düse (23, 63) Pumpmittel umfassen.

16. Apparatur gemäß irgendeinem der Ansprüche 13 bis 15, worin die Heizungsmittel (46) Kanäle in dem Werkzeug oder der Düse umfassen, damit ein erwärmtes Fluid, z.B. Dampf oder Öl, dadurch geleitet werden kann.

17. Apparatur gemäß irgendeinem der Ansprüche 13 bis 16, worin die Heizungsmittel elektrische Heizelemente (46), z.B. Heizschlangen oder Induktionsheizung, umfassen.