DE10220342A1

DE10220342A1 - Abbaubare Produkte und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10220342A1
Application number: DE2002120342
Authority: DE
Inventors: Jung-Hsiang Lin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-09-04
Also published as: TW503164B; US6753073B2; US20030160354A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts, das die folgenden Schritte umfasst: DOLLAR A g) Herstellen eines Pflanzenpulvers, das erhalten wird durch Zerkleinern von Pflanzenfasern und eines viskosen Fluidadditivs, dass ein Bindemittel enthält; DOLLAR A h) Vermischen der hergestellten Materialien in eine viskose Mischung; DOLLAR A i) Trocknen der viskosen Mischung mittels Trockenhitzebehandlung; DOLLAR A j) Verwenden einer Formpressmaschine, um die viskose Mischung in einen Grünling zu pressen, und Austragen der Dampfluft aus der Form während des Formpressvorgangs; DOLLAR A k) Bedecken des Grünlings mit einer Schicht einer wasserfesten Beschichtung und DOLLAR A l) Tockenhitzebehandlung des aus Schritt e) erhaltenen Halbfertigprodukts, um ein Endprodukt nach dem Abkühlen zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft abbaubare Produkte und deren Herstellungsverfahren und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Produkten, die durch Mikroorganismen abbaubar sind.
Die sogenannten "wash-free" Küchenutensilien werden gewöhnlich aus Polystyrolpolymeren oder aus Hartpapiermaterialien oder aus Holzstreifen hergestellt. Einwegküchenutensilien, die aus Polystyrolpolymeren gepresst werden, sind nicht durch Mikroorganismen abbaubar. Die Verwendung von Papier- oder Holzmaterial zur Herstellung von Einwegküchenutensilien erfordert das Fällen einer großen Menge an Bäumen.
In den letzten Jahren haben Hersteller eine Vielzahl von Ersatzstoffen zur Herstellung von Einwegküchenutensilien geschaffen, die umweltschädlich sind. Diese Ersatzstoffe werden gewöhnlich aus Pflanzenfasern (Weizen- oder Reishülsen) hergestellt und mittels einer Formpressmaschine in die gewünschten Endprodukte (Schalen, Schüsseln, Töpfe, usw.) gepresst. Ein Einwegartikel, welcher nach diesem Verfahren hergestellt wird, ist durch Mikroorganismen abbaubar. Jedoch weist dieses Verfahren noch Nachteile wie geringe strukturelle Festigkeit und geringe wasserfeste Eigenschaften der Endprodukte, komplizierte Verfahren, hohe Herstellungskosten, usw. auf.
Die japanische Patentanmeldung JP 2000-355008 (P2000-355008A) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von abbaubaren Produkten, wobei ein Pulver aus Pflanzenmaterialien, welches hauptsächlich aus Reishülsen gewonnen wird, mit einer abbaubaren Substanz, welche ein Bindemittel enthält, zu einer Mischung verrührt werden und die Mischung dann bei vorgegebenem Druck und vorgegebener Temperatur in einen Grünling (green-ware) gepresst wird und danach gewebtes oder ungewebtes Textilmaterial auf dem Grünling angebracht wird, und damit ein Halbfertigprodukt erhalten wird, und danach das Halbfertigprodukt bei vorgegebenem Druck und vorgegebener Temperatur in das gewünschte Endprodukt gepresst wird. Als Alternative werden vorbereitete Materialien zu einer pastenartigen Mischung verrührt und dann auf gewebte oder ungewebte Textilmaterialien aufgetragen und danach werden die gewebten oder ungewebten Textilmaterialien, die mit der Mischung beschichtet sind, in Streifen getrocknet und dann wird erneut die pastenartige Mischung auf die Streifen aufgetragen und schließlich werden die Streifenmaterialien bei vorgegebenem Druck und vorgegebener Temperatur in die Endprodukte gepresst. Der Zweck der Verwendung von gewebten oder ungewebten Textilmaterialien liegt darin, die Festigkeit des Pflanzenpulvermaterials zu verstärken. Dieses Verfahren ist kompliziert und führt zu hohen Herstellungskosten der Endprodukte.
Abbaubare Produkte, die gemäß den bekannten Herstellungsverfahren hergestellt werden, werden vom Markt aufgrund fehlender Praxistauglichkeit (Festigkeit, wasserteste Eigenschaften, thermische Stabilität usw.), Umweltschutz (hohe Abbaubarkeit durch Mikroorganismen) und Herstellungskosten nicht angenommen. Um die Strukturfestigkeit der Endprodukte zu verstärken, kann der Harzanteil entsprechend erhöht werden, beispielsweise lehrt das chinesische Patent Nr. 97107979 die Verwendung von 5-20% Heißkleber; das chinesische Patent Nr. 98121944 lehrt die Verwendung von 10-35% Harnstoff-Formaldehyd-Harz. Jedoch erfüllt das Endprodukt nicht die Auflagen für den Umweltschutz, da das Harz nicht durch Mikroorganismen abbaubar ist. Die Zugabe eines wasserlöslichen Harzes oder Stärke zu einem Pflanzenpulvermaterial kann dazu führen, dass das Produkt durch Mikroorganismen abgebaut werden kann, jedoch hat ein Produkt gemäß diesem Verfahren geringe wasserfeste Eigenschaften, eine geringe Öl-, Säure- und Alkoholbeständigkeit und eine geringe thermische Stabilität.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben erwähnten Sachlage ausgeführt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts bereitzustellen, welches einfach und wirtschaftlich durchführbar ist. Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts ohne umweltschädigenden Einfluss bereitgestellt werden. Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein abbaubares Produkt bereitzustellen, welches zufriedenstellende wasserfeste, öl-, säure- und alkoholbeständige Eigenschaften sowie eine hohe thermische Stabilität aufweist.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts umfasst folgende Schritte:

a) Herstellen eines Pflanzenpulvers, das erhalten wird durch Zerkleinern von Pflanzenfasern und eines viskosen Fluidadditivs, das ein Bindemittel enthält;
b) Vermischen der hergestellten Materialien zu einer viskosen Mischung;
c) Trocknen der viskosen Mischung mittels Trockenhitzebehandlung, um ein hergestelltes Ausgangsmaterial mit einem Feuchtigkeitsgehalt unter einem vorgegebenen Wert zu erhalten;
d) Verwenden einer Formpressmaschine, um das hergestellte Ausgangsmaterial unter einer vorgegebenen Presstemperatur und unter einem vorgegebenen Pressdruck in einen Grünling zu pressen, und Austragen der Dampfluft aus der Form während des Formpressvorgangs;
e) Bedecken des Grünlings mit einer Schicht einer wasserfesten Beschichtung, um ein Halbfertigprodukt zu erhalten und
f) Trockenhitzebehandlung des Halbfertigprodukts bis zu einem trockenen Zustand, um ein Endprodukt zu erhalten, und anschließende Abkühlung des so erhaltenen Endprodukts.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts umfasst die folgenden Schritte:

Schritt 1

Herstellen eines Pflanzenpulvers und eines viskosen Fluidadditivs, das ein Bindemittel enthält, wobei das Pflanzenpulver erhalten wird, indem Pflanzenfasern, die von einem oder von einer Mischung von wenigstens zwei der Materialien, die Reishülsen, Weizenhülsen, Bambusrohr, Erdnusshülsen, Zuckerrohrrückstände, Reisstroh und Zellstoff einschließen, erhalten werden, zu Pulvermaterial mit einem Durchmesser innerhalb von 50-200 mesh zerkleinert werden; das viskose Fluidadditiv umfasst ein nichttoxisches Kunstharz, welches eines oder eine Mischung von wenigstens zwei der Materialien sein kann, die Epoxidharz, silikonisierte Verbindungen (z. B. TEOS), Synthesekautschuk, Erdölharz, EVA (Ethylenvinylacetat), PVA (Polyvinylalkohol) und PVAC (Polyvinylacetat) einschließen, ein Lösemittel, das eines oder eine Mischung von wenigstens zwei der Materialien sein kann, die Benzol, Dimethylbenzol und Ethanol einschließen, und ein Härtemittel; das viskose Fluidadditiv wird beispielsweise hergestellt, indem festes Epoxidharz zu dem Lösemittel gegeben wird und die Mischung auf etwa 100°C erwärmt wird, und dann die Mischung vollständig gelöst wird und danach das Härtemittel zu der flüssigen Mischung gegeben wird;

Schritt 2

Vermischen von 70-98 Gew.-% des hergestellten Pflanzenpulvers mit 2-30 Gew.-% des hergestellten viskosen Fluidadditivs in einem Schnellmischer für etwa 30-100 s zu einer viskosen Mischung;

Schritt 3

Trocknen der so erhaltenen viskosen Mischung zu einem hergestellten Ausgangsmaterial mit einem Feuchtigkeitsgehalt von unter 10%, einem Festharzgehalt von 0.9-13.5% und einer abbaubaren Substanz (Pflanzenmaterial) von 86.5-99.1%;

Schritt 4

Verwenden einer Formpressmaschine bei einer Presstemperatur von 50-180°C, einem Pressdruck von 25-85 kg/cm² und einer Presszeit von 5-50 s, um das hergestellte Ausgangsmaterial in einen Grünling mit Form, Dicke oder physikalischen Eigenschaften des gewünschten Endprodukts zu pressen, wobei das Pressverfahren ein Abluftverfahren einschließt, um die Luft (Dampfluft) aus dem Pressmaterial auszutragen, so dass der gebildete Grünling eine bessere Qualität und Festigkeit aufweist; bei dem Pressverfahren, das in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, wird ein relativ geringer Druck auf die Form ausgeübt, um die hergestellte Viskosemischung in Form zu pressen und dann wird die Form geöffnet, damit Dampf und Luft aus der Form ausgetragen werden können und dann wird ein relativ höherer Druck auf die Form ausgeübt (beim Pressen von bestimmten Endprodukten kann ein zweites Abluftverfahren notwendig sein), um die hergestellte viskose Mischung in den gewünschten Grünling, beispielsweise eine Schale, Schüssel, Löffel usw. mit einer Dicke innerhalb von 0.5-10 mm zu pressen;

Schritt 5

Trockenhitzebehandlung des so erhaltenen Grünlings bei 100°C, um Wasser und Luft zu entfernen (dieser Schritt kann weggelassen werden, wenn die vorhergehenden Schritte gut ausgeführt wurden);

Schritt 6

Beschichten der gesamten Außenwand oder eines Teils der Außenwand (z. B. die Oberfläche des Grünlings) des so erhaltenen Grünlings mit einer Schicht einer wasserfesten Beschichtung mit einer Dicke innerhalb von 5-30 µm mittels Farbsprühen oder Tauchlackieren, wobei die wasserfeste Beschichtung aus einem wasserfesten Öllack oder einem wasserfesten Wasserlack erhalten werden kann; der wasserfeste Öllack kann aus einem Epoxidharz, dem ein Härtemittel zugefügt wurde, um einen Brückeneffekt zu bewirken und um die Untergrund-Bindungsstärke des Materials zu verstärken oder aus einem Epoxidharz, dem CaCO₃ zugefügt wurde, um die Oberflächenhelligkeit des Lacks zu verstärken, erhalten werden; der wasserfeste Wasserlack kann aus einem emulgierten Acrylharz erhalten werden, was den Vorteil aufweist, dass er zu einem hohen Grad abbaubar ist;

Schritt 7

Trockenhitzebehandlung des so erhaltenen Halbfertigprodukts aus Schritt 6 bei 80-150°C für etwa 5-20 min, um die wasserfeste Beschichtung zu trocknen, um ein Endprodukt zu erhalten; und

Schritt 8

Abkühlen des Endprodukts an offener Luft.
Wenn das Endprodukt ein Küchenutensil ist, ist ein weiterer Sterilisationsschritt notwendig, um das Endprodukt zu sterilisieren und um das sterilisierte Endprodukt einzupacken. Wenn das Endprodukt ein gewöhnliches Utensil für das Haus (Blumenvase oder Aschenbecher) ist, das nicht zum Aufbewahren von Lebensmitteln verwendet wird, kann der Sterilisationsschritt weggelassen werden. Der Sterilisationsvorgang kann gleichzeitig bei der Trockenhitzebehandlung in Schritt 7 erreicht werden. Alternativ können Infrarot- oder UV-Strahlen verwendet werden, um das Endprodukt zu sterilisieren.
Das zuvor genannte Verfahren zur Herstellung von abbaubaren Produkten kann verwendet werden, um Küchenutensilien wie Schüsseln, Schalen, Töpfe, Löffel, usw., Gartenprodukte wie Blumenkübel und Blumentöpfe, Aschenbecher, Schüsselmaterialien, tee pegs, usw. herzustellen. Die Erfindung hat industriellen Nutzen, da das Herstellverfahren einfach ist und die Hauptmaterialien (Pflanzenfasermaterialien sind Abfallpflanzenhülsen, die geringen landwirtschaftlichen Nutzen aufweisen) leicht und billig zu erhalten sind. Ferner werden durch die Erfindung keine Umweltprobleme verursacht, weil die Materialien leicht erhältlich sind, ohne dass Bäume gefällt werden müssen und die Endprodukte können durch Mikroorganismen abgebaut werden.
Wie bereits erwähnt, wird ein erfindungsgemäßes abbaubares Produkt aus einem Material erhalten, das aus einer Mischung aus einem Pflanzenpulver mit einen flüssigen Zusatzstoff hergestellt wird. Das hergestellte Material wird getrocknet und dann mittels einer Formpressmaschine in das gewünschte Endprodukt gepresst. Während dem Formpressen wird ein Abluftverfahren angewandt, um die Dampfluft aus dem gepressten Material auszutragen (verbleibendes Wasser und Luft im Material können die Bindungsstärke der Moleküle im Material beeinflussen, was zu einer geringeren strukturellen Festigkeit führt). Ein erfindungsgemäßes abbaubares Produkt weist eine kompakte Struktur auf, welche zufriedenstellende wasserfeste, öl-, säure- und alkoholbeständige Eigenschaften wie auch eine hohe thermische Stabilität aufweist.
Ein erfindungsgemäßes abbaubares Produkt weist, nachdem es einem Extraktionstest unterzogen wurde, folgende Daten auf: Wasser: 6 ppm, 4% CH₃COOH: 3,5 ppm, 20% Alkohol: 6.0 ppm, n-Heptan: 0 in getrockneten Rückständen mit 30 Minuten Testzeit und 60°C Testtemperatur; Xylol: 0.71 ppm in Lösemittelrückständen mit 60 Minuten Testzeit und 25°C Testtemperatur.
Die Erfindung schafft nunmehr ein Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Herstellen eines Pflanzenpulvers, das erhalten wird durch Zerkleinern von Pflanzenfasern und eines viskosen Fluidadditivs, das ein Bindemittel enthält;
b) Vermischen der hergestellten Materialien in eine viskose Mischung;
c) Trocknen der viskosen Mischung mittels Trockenhitzebehandlung,
d) Verwenden einer Formpressmaschine, um die viskose Mischung in einen Grünling zu pressen, und Austragen der Dampfluft aus der Form während des Formpressvorgangs;
e) Bedecken des Grünlings mit einer Schicht einer wasserfesten Beschichtung, und
f) Trockenhitzebehandlung des aus Schritt e) erhaltenen Halbfertigprodukts, um ein Endprodukt nach dem Abkühlen zu erhalten.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche verwiesen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Herstellen eines Pflanzenpulvers, das erhalten wird durch Zerkleinern von Pflanzenfasern und eines viskosen Fluidadditivs, das ein Bindemittel enthält;

b) Vermischen des Pflanzenpulvers mit dem viskosen Fluidadditiv zu einer viskosen Mischung;

c) Trocknen der viskosen Mischung mittels Trockenhitzebehandlung, um ein hergestelltes Ausgangsmaterial mit einem Feuchtigkeitsgehalt unter einem vorgegebenen Wert zu erhalten;

d) Verwenden einer Formpressmaschine, um das hergestellte Ausgangsmaterial unter einer vorgegebenen Presstemperatur und unter einem vorgegebenen Pressdruck in einen Grünling zu pressen, und Austragen der Dampfluft aus der Form während des Formpressvorgangs;

e) Beschichten des Grünlings mit einer Schicht einer wasserfesten Beschichtung, um ein Halbfertigprodukt zu erhalten und

f) Trockenhitzebehandlung des Halbfertigprodukts bis zu einem trockenen Zustand, um ein Endprodukt zu erhalten, und anschließende Abkühlung des so erhaltenen Endprodukts.

2. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei das Pflanzenpulver durch Zerkleinern von Pflanzenfasern erhalten wird, die von wenigstens einem der Materialien, die Reishülsen, Weizenhülsen, Bambusrohr, Erdnusshülsen, Zuckerrohrrückstände, Reisstroh und Zellstoff einschließen, erhalten werden.

3. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei das Pulvermaterial einen Durchmesser von 50-200 mesh aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei das viskose Fluidadditiv ein synthetisches Harz, ein Lösemittel und ein Härtemittel umfasst.

5. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 4, wobei das synthetische Harz wenigstens eines der Materialien umfasst, die Epoxidharz, silikonisierte Verbindungen, Synthesekautschuk, Erdölharz, EVA (Ethylenvinylacetat), PVA (Polyvinylalkohol) und PVAC (Polyvinylacetat) einschließen.

6. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 4, wobei das Lösemittel wenigstens eines der Materialien umfasst, die Benzol, Dimethylbenzol und Ethanol einschließen.

7. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei die viskose Mischung 70-98 Gew.-% Pflanzenpulver und 2-30 Gew.-% viskoses Fluidadditiv umfasst.

8. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei in Schritt a) das Pflanzenpulver und das viskose Fluidadditiv in einem Schnellmischer für etwa 30-100 s vermischt werden.

9. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei in Schritt c) die viskose Mischung zu dem hergestellten Ausgangsmaterial mit einem Feuchtigkeitsgehalt unter 10%, einem Festharzgehalt von 0.9-13.5% und einer abbaubaren Substanz von 86.5-99.1% getrocknet wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei das hergestellte Ausgangsmaterial in Schritt d) bei 50-180°C und 25-85 kg/cm² für 5-50 s zu einem Grünling gepresst wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei der in Schritt d) erhaltene Grünling eine Dicke von 0.5-10 mm aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, das ferner einen Nebenschritt umfasst, um den Grünling nach Schritt d) und vor Schritt e) einer Trockenhitzebehandlung zu unterziehen.

13. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei Schritt e), das Beschichten des Grünlings mit einer wasserfesten Schicht, mittels eines Farbsprühverfahrens durchgeführt wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei Schritt e), das Beschichten des Grünlings mit einer wasserfesten Schicht, mittels eines Tauchlackierverfahrens durchgeführt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei die Schichtdicke der wasserfesten Beschichtung in Schritt e) etwa 5-30 µm beträgt.

16. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei Schritt e), das Beschichten des Grünlings mit einer Schicht der wasserfesten Beschichtung, darin besteht, eine Schicht einer wasserfesten Beschichtung auf einem Teil der Oberfläche des Grünlings aufzubringen.

17. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, wobei in Schritt f) das Halbfertigprodukt bei 80-150°C für etwa 5-20 min getrocknet wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, das ferner einen Nebenschritt umfasst, um das Endprodukt mittels Trockenhitzebehandlung bei hoher Temperatur nach Schritt f) zu sterilisieren.

19. Verfahren zur Herstellung eines abbaubaren Produkts nach Anspruch 1, das ferner einen Nebenschritt umfasst, um das Endprodukt mittels Infrarot- oder Ultraviolettstrahlen nach Schritt f) zu sterilisieren.