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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verpackungsformteil, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein Verpackungsgebinde. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verpacken eines zu schützenden Gegenstands unter Verwendung eines Verpackungsformteils.
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STAND DER TECHNIK
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Verpackungen haben eine wichtige Schutzfunktion. Insbesondere bei Transportumschlag und Lagerung sind Produkte vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. Dazu werden verschiedene Polstermaterialien eingesetzt, die zusammen mit dem jeweils zu schützenden Gegenstand in eine Umverpackung, beispielsweise einen Pappkarton, gepackt werden. Diese kann man grob in drei Bereiche unterteilen: Schüttungen, großvolumige, nicht formschlüssige Polster und formschlüssige Polster oder Verpackungsformteile.
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Als Schüttmaterialien werden häufig Chips aus expandiertem Polystyrol (EPS) oder auf Stärkebasis verwendet. Insgesamt sind Verpackungschips zwar günstig in der Herstellung und im Abpackprozess flexibel einsetzbar. Sie sind jedoch beim Öffnen einer Verpackung sehr unkomfortabel, da die Chips in der Regel beim Entnehmen des Packguts aus der Verpackung herausfallen und die Entnahme des Produktes (zu schützenden Gegenstands) erschweren. Außerdem muss, um Verrutschen des zu schützenden Gegenstands zu vermeiden, im wesentlichen der gesamte Hohlraum in der Verpackung mit den Chips aufgefüllt werden, wodurch ein großes Müllvolumen entsteht. Die Entsorgungswege unterscheiden sich je nach verwendetem Rohstoff, da EPS im Gegensatz zu Stärkechips nicht biologisch abbaubar sind. Die Unterscheidung ist für den Verbraucher jedoch häufig nicht möglich, wodurch es zu vielen Fehleinwürfen des Verpackungsmaterials bei der Entsorgung kommt. Daher können beide Varianten nicht als umweltfreundliche Verpackungslösung angesehen werden.
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Großvolumige, nicht formschlüssige Polster können aus einer Vielzahl von Materialien bestehen. Als wichtigste Vertreter sind hier zum einen Folienpolster, Luftpolsterfolien und Papierpolster zu nennen, des weiteren Plattenmaterialien aus EPS oder anderen geschäumten Kunststoffen.
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Derartige Polster umschließen die zu schützenden verpackten Gegenstände in der Regel nur unzureichend und bieten meist keinen guten Transportschutz der Produkte. Bezüglich der Umweltfreundlichkeit gelten die genannten Materialien in der Regel (mit Ausnahme der geschäumten Platten) als recyclingfähig. Folienpolster bzw. Luftpolsterfolien sind in der Regel aus Polyethylen gefertigt und damit auf Basis von Mineralöl erzeugt. Daher ist im Sinne der Ressourcenschonung dieses Material als nicht nachhaltig einzustufen.
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Für Papierpolster wird Papier als Rollenware angeliefert und beim abpackenden Betrieb mit Papierpostermaschinen zerknüllt. Für eine gute Polstereigenschaft ist vergleichsweise viel Polstermaterial notwendig. Die Papierpolster bestehen aus Recyclingpapier. Papier gilt zwar als gut recyclingfähig, jedoch sind sowohl die Papierherstellung und als auch das Papierrecycling mit hohem Wasser- und Energiebedarf verbunden.
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Formschlüssige Polstermaterialien sind in der Regel als Formteile aus expandiertem Polystyrol ausgeführt. Außerdem werden vermehrt Einsätze aus Wellpappe verwendet. Für letztere werden Zuschnitte gefertigt, die dann gefaltet und gewickelt werden, wodurch dreidimensionale Haltesysteme für die zu schützenden Gegenstände entstehen. Bei geeigneter Konstruktion der Wicklung werden große Hohlräume eingeschlossen, wodurch mit verhältnismäßig geringem Materialeinsatz eine Fixierung des jeweils zu schützenden Gegenstands in der Verpackung erreicht wird. Allerdings sind die geforderten Polstereigenschaften für einige Produkte, beispielsweise gefüllte Glasflaschen, auf diese Weise nicht zu realisieren. Marktbestimmend sind daher nach wie vor EPS Polster. Der Vorteil der EPS Formteile besteht in einer sehr guten Schutzwirkung verbunden mit einem geringen Transportgewicht des Verpackungsmaterials. Die Formteile geben gezielt Schutz an den gefährdeten Stellen des Packgutes und können in ihrer Elastizität an die Anforderungen des Packgutes angepasst werden. Der entscheidende Nachteil von Verpackungsformteilen aus EPS Polster liegt jedoch in der Einstufung als nicht recyclingfähiges Material sowie ihrer Herstellung aus petrochemischen Rohstoffen. Damit stellt EPS eine Belastung für die Umwelt dar und sollte daher als Verpackungsmaterial nach Möglichkeit substituiert werden.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Angesichts der geschilderten Probleme des Stands der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Polstermaterialien bereitzustellen, welche Packgut in einer Umverpackung hinreichend gegen Transportschäden schützt.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verpackungsformteil bereitgestellt, welches einen dispersen Füllstoff und ein Bindemittel aufweist. Dabei weist der disperse Füllstoff pflanzliche Partikeln auf, welche von Pflanzenwachstum herrührende konkave Aussparungen aufweisen. Die Partikeln sind demnach nicht lose, sondern mittels des Bindemittels zur Bildung des Verpackungsformteils miteinander verbunden. Die konkaven Aussparungen der Partikeln sorgen für eine hohe Porosität. Durch Dosierung des Bindemittels vorzugsweise derart, dass der Raum zwischen den Partikeln nicht vollständig mit Bindemittel ausgefüllt wird, ist die Porosität weiter erhöht. Eine hohe Porosität bedingt ein geringes Gewicht sowie gute Dämpfungseigenschaften. Vorteilhafterweise kann der Volumenanteil des Bindemittels zwischen 6% und 65%, vorzugsweise zwischen 10% und 35%, besonders bevorzugt zwischen 15% und 25% des Volumenanteils des Füllstoffs betragen, um einen guten Kompromiss aus sich ergebender Porosität und Eigenfestigkeit des Verpackungsformteils zu erzielen. Volumenverhältnisse (Partikeln : Bindemittel) von 10:1 bis 1,6:1, vorzugsweise 7:1 bis 3:1, haben sich als besonders vorteilhaft bei der Verwendung eines Systems aus Getreidespelzen und Industriestärke (kommerziell verfügbar beispielsweise unter der Bezeichnung Sobex 222 von der Fa. Südstärke GmbH) als Bindemittel herausgestellt, Volumenverhältnisse (Partikeln : Bindemittel) von 16:1 bis 4:1, vorzugsweise 8:1 bis 6:1, als besonders vorteilhaft bei der Verwendung eines Systems aus Getreidespelzen und Agar-Bindemittel.
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Dass die konkaven Aussparungen von Pflanzenwachstum herrühren, bedeutet, dass die Partikeln nicht erst durch einen technischen Prozess konkav ausgeformt werden müssen. Vorteilhaft geeignete Partikeln können beispielsweise geschnittene Halme aus Stroh oder Schilf, (Teile von) Nussschalen, Schalen von Hülsenfrüchten oder ähnliches sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der disperse Füllstoff Getreidespelzen (Deckblättervon Getreidekörnern) als Partikeln auf. Spelzen fallen bei der Getreideproduktion in großen Mengen als Reststoffe an und finden keine Anwendung in der Lebensmittelindustrie. Es entsteht daher keine Konkurrenz um Ackerbauflächen für Lebensmittel oder gar eine direkte Verwendung von Lebensmitteln als Rohstoff. Heute werden große Spelzmengen bereits in der Schälmühle zu Pellets gepresst, die dann als Brennstoff oder als Einstreumaterial in Ställen verwendet werden. Ebenso werden große Teile lediglich kompostiert. Nur ein sehr gereinigter Anteil findet Anwendung als Füllmaterial für Kissen. Damit wird also vorzugsweise ein Rohstoff verwendet, der zum einen sowieso anfällt, zum anderen aber derzeit nur partiell einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt wird. Die Spelzen müssen vor der Verwendung in der Regel nicht vorbehandelt werden. Der wesentliche Energieaufwand beschränkt sich auf den Transport der Spelzen.
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Besonders vorteilhaft können, je nach Einsatzzweck, beispielsweis Hirse- oder Dinkelspelzen eingesetzt werden. Die Hirse hat einen sehr kleinen rundlichen Spelz, welcher für eine sehr gute Abbildungsgenauigkeit bei Formkörpern geeignet ist. Im Vergleich dazu sind Dinkelspelzen deutlich größer und länglich geformt. Die einzelnen Spelzen wirken wie kleine Federn und können damit zu einer sehr guten Schutzwirkung beitragen. Auch Mischungen aus zwei oder mehr der genannten und/oder ähnlicher Partikelarten sind vorteilhaft möglich, wobei allerdings die Verwendung gleichartiger Partikeln aufgrund einer engeren Partikelgrößenverteilung zumeist eine höhere Porosität erwarten lässt.
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Pflanzliche Partikeln mit von Pflanzenwachstum herrührenden konkave Aussparungen wie beispielsweise Spelzen haben den Vorteil, dass sie kostengünstig, ressourcenschonend und somit umweltfreundlich meist als Abfallstoffe erhältlich sind. Sie binden zudem Kohlendioxid und erlauben es, erfindungsgemäße Verpackungsformteile leicht entsorgbar zu gestalten. Besonders vorteilhaft für eine ressourcenschonende Herstellung des Verpackungsformteils kann der Massenanteil der Partikeln am Verpackungsformteil größer ist als 50% gewählt werden.
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Vorzugsweise wird die umweltfreundliche Entsorgbarkeit erfindungsgemäßer Packungsformteile dadurch erhöht, dass ein biologisch abbaubares Bindemittel ausgewählt wird. Vorteilhafterweise kann das Bindemittel Agar und/oder Casein und/oder ein Stärke-Material aufweisen, beispielsweise Kartoffelstärken (z.B. Speisekartoffetstärke, Sorbex), Kleister, oder Maisstärken. Insbesondere die Verwendung von Kartoffelstärke als Bindemittel kann zu sehr festen und biegesteifen Körpern führen. Besonders bevorzugt ist ein Verpackungsformteil frei von biologisch nicht abbaubaren Stoffen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verpackungsformteil eine modifizierte Oberfläche auf, beispielsweise durch Einschlagen in Papier, vorzugsweise Recyclingpapier, oder durch Beschichten, insbesondere mittels eines biologisch abbaubaren Beschichtungsmittels. Hierfür kommen insbesondere auch die bereits oben genannten Bindemittel infrage, mit denen Oberflächen bespritzt oder bestrichen werden können, oder in die das Formteil getaucht werden kann. Auch Beflockung und der Auftrag biobasierter gummiartiger Schichten sind vorteilhaft möglich. Modifizierte Oberflächen können mit einer geringeren Rauigkeit bzw. Unebenheit ausgeführt werden. So lässt sich beispielsweise vermeiden, dass sich Packgut mit komplizierten Oberflächenstrukturen mit Poren des Verpackungsformteils verhakt, oder dass empfindliche (z.B. polierte oder lackierte) Oberflächen zerkratzt werden. Außerdem kann durch Oberflächenmodifizieren vermieden werden, dass sich einzelne Partikeln zu leicht aus dem Verpackungsformteil herauslösen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Verpackungsformteil mindestens eine mulden- oder kammerartige Aussparung auf. Gemeint ist hiermit jeweils eine makroskopische Aussparung mit mindestens dem 10-fachen, vorzugsweise mindestens dem 100-fachen Volumen des mittleren Volumens der konkave Aussparungen der Partikeln, also ein Bereich, in welchem bei der Herstellung des Formteils bewusst Material weggelassen oder entfernt wird. Vorteilhafterweise können kammer- oder muldenartige Aussparungen je nach Verwendungszweck einfache geometrische Grundformen wie Hohlquader, polyedrische Hohlwaben oder Teile von Hohlkegeln, Hohlkegelstümpfen, Hohlzylindern, Hohlkugeln haben, oder aber als komplexeren Formen mit lokal unterschiedlichen Krümmungsradien in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgeführt sein. Derartige einfache oder komplexere Aussparungen können ja nach ihrer Gestaltung und Anordnung vorteilhaft dazu dienen, Packgut so aufzunehmen, dass dieses möglichst nicht verrutscht oder umkippt, oder dazu, mehrere Teile des Packguts voneinander fernzuhalten, beispielsweise um sie vor Beschädigung durch Aneinanderschlagen oder -reiben zu hindern. Ferner können derartige Aussparungen dazu dienen, das Gewicht des Verpackungsformteils sowie den Rohstoffaufwand zu dessen Herstellung zu vermindern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verpackungsgebinde bereitgestellt, das ein Verpackungsformteil gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen mit einer kammer- oder muldenartigen Aussparung aufweist sowie einen zu schützenden Gegenstand, wobei sich eine Außenkontur des zu schützenden Gegenstands mit einer Innenkontur der kammer- oder muldenartigen Aussparung in Eingriff befindet. So kann der Gegenstand gegen Kippen oder Verrutschen gesichert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verpackungsgebinde bereitgestellt, das ein Verpackungsformteil gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen, einen zu schützenden Gegenstand und eine Umverpackung aufweist, welche den zu schützenden Gegenstand und das Verpackungsformteil zumindest teilweise umgibt. Die Umverpackung kann beispielsweise als Pappkarton, Holzkiste, Metalldose, Kunststoffschachtel oder ähnliches ausgeführt sein.
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Vorzugsweise ist das Verpackungsgebinde so gestaltet, dass der Gegenstand ohne Entfernen des Verpackungsformteils nur eine von einer Wandung der Umverpackung beabstandete Positionen einnehmen kann. So wird der Gegenstand geschützt gegen Beschädigung durch Anschlagen an die Umverpackung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Verpackungsformteils bereitgestellt, aufweisend das Benetzen von pflanzlichen Partikeln, welche von Pflanzenwachstum herrührende konkave Aussparungen aufweisen, mit einem Bindemittel, Befüllen einer Form mit den benetzten pflanzlichen Partikeln, und Entnehmen des die benetzten pflanzlichen Partikeln aufweisenden Verpackungsformteils aus der Form. Für die Auswahl der Partikeln und des Bindemittels gilt das obengesagte.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Verfahren ferner auf: Trocknen des Verpackungsformteils nach und/oder während des Entnehmens aus der Form.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Verfahren ferner auf: Modifizieren einer Oberfläche des Verpackungsformteils. Wie oben ausgeführt, kann dies beispielsweise durch Einschlagen in Papier, vorzugsweise Recyclingpapier, oder durch Beschichten, insbesondere mittels eines biologisch abbaubaren Beschichtungsmittels erfolgen. Hierfür kommen insbesondere auch die bereits oben genannten Bindemittel infrage. Modifizierte Oberflächen können mit einer geringeren Rauigkeit bzw. Unebenheit ausgeführt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verpacken eines zu schützenden Gegenstands bereitgestellt, aufweisend Bereitstellen eines Verpackungsformteils gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und einer Umverpackung, welche mindestens eine einen Innenraum zur zumindest teilweisen Aufnahme des Gegenstands und des Formteils definierende Wandung aufweist, sowie Platzieren des Verpackungsformteils und des Gegenstands so in dem Innenraum, dass der Gegenstand ohne Entfernen des Verpackungsformteils nur von der Wandung beabstandete Positionen einnehmen kann. So wird der Gegenstand geschützt gegen Beschädigung durch Anschlagen an die Umverpackung. Die Umverpackung kann beispielsweise als Pappkarton, Holzkiste, Metalldose, Kunststoffschachtel oder ähnliches ausgeführt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Bereitstellen des Verpackungsformteils das obige erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Verpackungsformteils.
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Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu; insbesondere entsprechen Verhältnisse der einzelnen Abmessungen zueinander aus Gründen der Anschaulichkeit teilweise nicht den Abmessungsverhältnissen in tatsächlichen technischen Umsetzungen. Es werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
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Grundsätzlich kann jede im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebene bzw. angedeutete Variante der Erfindung besonders vorteilhaft sein, je nach wirtschaftlichen und technischen Bedingungen im Einzelfall. Soweit nichts gegenteiliges dargelegt ist, bzw. soweit grundsätzlich technisch realisierbar, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen austauschbar oder miteinander sowie mit per se aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen kombinierbar.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Getreidespelze.
- 2 zeigt schematisch eine Partikel aus einem geschnittenen Strohhalm.
- 3 zeigt in perspektivischer Ansicht von schräg oben ein Verpackungsformteil zum Aufnehmen einer Flasche, dessen disperser Füllstoff aus Dinkelspelzen besteht.
- 4a zeigt ähnlich 2 in perspektivischer Ansicht von schräg oben ein Verpackungsformteil zum Aufnehmen einer Flasche, wobei dessen disperser Füllstoff aus Hirsespelzen besteht.
- 4b zeigt schematisch das Verpackungsformteil aus 4a in Querschnittsdarstellung, wobei die Schnittebene in 4a durch die durchbrochene Linie A-A' angedeutet ist.
- 5a, b zeigen Verpackungsformteile wie in 4a.
- 5c zeigt in zu 4b analoger Querschnittsdarstellung ein Verpackungsgebinde, bei welchem eine Flasche als zu schützender Gegenstand zwischen den Verpackungsformteilen aus 5a und 5b in einer Umverpackung eingelegt ist.
- 6-8 zeigen Fließbilder von Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Verpackungsformteile.
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BESCHREIBUNG VORTEILHAFTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In 1 ist schematisch eine Getreidespelze 2, dargestellt, die als pflanzliche Partikel 2 des dispersen Füllstoffs eines erfindungsgemäßen Verpackungsformteils dienen kann. An der Stelle, wo sich vor dem Dreschen des Getreides das Getreidekorn befindet, weist die Getreidespelze eine vom Wachstum des Getreides herrührende konkave Aussparung 3 auf.
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Alternativ können als pflanzliche Partikel 2 des dispersen Füllstoffs eines erfindungsgemäßen Verpackungsformteils beispielsweise auch Abschnitte von Schilf- oder Strohhalmen dienen, wie in 2 dargestellt. Der Hohlraum 3 im Inneren des Halmabschnitts 2 bildet hier die konkave Aussparung 3.
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Das in 3 perspektivisch dargestellte Verpackungsformteil 1 besteht aus Dinkelspelzen 2 und einem biologisch abbaubaren Bindemittel wie Maisstärke. Es besitzt eine muldenartige Aussparung 4, in die eine Flasche als zu schützender Gegenstand eingelegt werden kann. Die muldenartige Aussparung 4 ist dabei so geformt, dass ihre Kontur mit einer Flaschenkontur derart in Eingriff gebracht werden kann, dass die Flasche am Wegrollen oder Verrutschen gehindert ist.
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Das in 3 perspektivisch dargestellte Verpackungsformteil 1 besteht aus Hirsespelzen 2 und einem biologisch abbaubaren Bindemittel wie Maisstärke. In die muldenartige Aussparung 4 kann wiederum eine Flasche als zu schützender Gegenstand eingelegt werden. Die muldenartige Aussparung 4 ist dabei so geformt, dass ihre Kontur mit einer Flaschenkontur derart in Eingriff gebracht werden kann, dass die Flasche am Wegrollen oder Verrutschen gehindert ist. 4b zeigt das Verpackungsformteil 1 im Querschnitt, wobei die Schnittebene in 4a durch die durchbrochene Linie A-A' angedeutet ist.
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5a und 5b zeigen Verpackungsformteile 1a, 1b wie in 4a, deren muldenartige Aussparungen 4a, 4b eine Flasche 5 vollkommen umschließen können, wie in der Schnittdarstellung des Verpackungsgebindes in 5c illustriert. Die mit dem Korken 7 verschlossene Flasche 5 ist durch die Verpackungsformteile 1a, 1b sicher von der Wandung der als Pappschachtel ausgeführten Umverpackung 6 beabstandet.
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Zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Verpackungsformteils werden in einem ersten Schritt Spelzen oder andere pflanzliche Partikeln, welche von Pflanzenwachstum herrührende konkave Aussparungen aufweisen, mit dem Bindemittel, z.B. einem pflanzlichen Klebstoff benetzt bzw. umhüllt. Danach wird die Spelzen-/Bindemittel- bzw. Klebstoffmischung mit einer Pumpe 8 oder einem anderen Fördersystem in eine Form 9 gefördert. In Abhängigkeit der gewünschten Eigenschaften des Verpackungsformteils 1 erfolgt dies quasi drucklos für porösere, weniger feste Verpackungsformteile 1, bis hin zu einem Nachpressen in der Form 9 für dichtere und festere Verpackungsformteile 1.
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Vorteilhaft können derartige Herstellungsprozesse beispielsweise ausgeführt werden wie schematisch in einer der 6-8 dargestellt.
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Wie in 6 illustriert kann ein Rührkessel 10 zur Benetzung der Spelzen mit dem Bindemittel eingesetzt werden. Dabei wird zuerst das Bindemittel (beispielsweise Stärke mit Wasser) angesetzt, dann werden die Spelzen zugegeben und durch Rühren mit dem Bindemittel vermischt. Danach wird die Mischung mittels einer Pumpe 8 in das Formwerkzeug 9 überführt.
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Bei dem in 7 skizzierten Verfahren wird ein erster Rührkessel 10a zum Ansetzen des Bindemittels verwendet. Das Bindemittel wird mittels einer ersten Pumpe 8a in den zweiten Rührkessel 10b überführt, in welchem sich die Spelzen oder anderen geeigneten partikulären Naturstoffe befinden, und mit diesen vermischt. Dadurch erfolgt die Benetzung der Spelzen. Danach wird die Mischung mittels einer zweiten Pumpe 8b in das Formwerkzeug 9 überführt.
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Bei dem in 8 illustrierten Verfahren werden die Spelzen in einen Extruder 11 gegeben und im Extruder wird das Bindemittel zugegeben und mit den Spelzen vermischt. Die Mischung wird mit dem Extruder 11 in das Formwerkzeug 9 gefördert.
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Die Ausführung des Prozesses ist dabei jeweils in einer gewissen Weise abhängig vom eingesetzten Bindemittel. So können beispielsweise die Klebstoffe Kleister und Industriestärke als Bindemittel mit Hilfe von kaltem Wasser angemischt werden. Das Binder-Gemisch quillt unter dem Rührvorgang auf. Anschließend kann es bei normaler Raumtemperatur mit den Spelzen vermengt werden. Speisekartoffelstärke und Agar werden hingegen vor dem Mischvorgang mit Wasser erhitzt um eine Geleebildung zu erzielen. Der nachfolgende Befüllungsprozess sollte daher möglichst schnell und mit möglichst wenig Wärmeverlusten stattfinden, da sonst die Verfestigung zu früh eintreten kann.
