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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet einer nachhaltigen Materialzusammensetzung, die durch die Nutzung von Abfällen erzeugt wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kunststoff hat sich zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres Lebens entwickelt. Kunststoffverpackungen werden häufig zum Schutz und zur Konservierung von Lebensmitteln, Kosmetika, Medikamenten und Chemikalien verwendet. Die weltweite Kunststoffproduktion hat sich von 2000 bis 2019 verdoppelt und erreicht 460 Millionen Tonnen. Trotz einer beachtlichen Entwicklung im sozialen und wirtschaftlichen Bereich haben die Systeme zur Entsorgung fester Abfälle in Indien nicht mit dieser Herausforderung Schritt gehalten und sind nach wie vor relativ rudimentär. Unsere Methode umfasst die Gewinnung von Stärke aus pflanzlichen Abfällen mit hohem Stärkegehalt wie Mais, Casava, Zuckerrohr, Kartoffeln usw. sowie die Verwendung fester Abfälle, die bei der Produktion von Reis, Weizen, Bananen, Kokosnüssen und anderen Massenfrüchten anfallen.
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Die Kunststoffe sind jedoch nur schwer biologisch abbaubar. Die schlechte biologische Abbaubarkeit von Kunststoffen ist auf die Beschaffenheit der Monomere und die kovalenten Bindungen zwischen ihnen zurückzuführen, was bedeutet, dass sie nicht durch die üblichen physikalischen, chemischen oder enzymatischen Prozesse in der Natur abgebaut werden können. Daher werden Kunststoffabfälle in der Regel vergraben oder verbrannt, was zu einer Verschmutzung von Boden, Wasser und Luft führt, die die menschliche Gesundheit und die Umwelt bedroht. Seit der Massenproduktion von Kunststoffen im Jahr 1950 ist die jährliche Wachstumsrate um 8.4 % gestiegen. Die weltweite Kunststoffproduktion erreichte im Jahr 2017 rund 348 Millionen Tonnen, was fast 174 Mal höher ist als die Produktion im Jahr 1950. Die weltweite Kunststoffproduktion hat sich von 2000 bis 2019 verdoppelt und erreicht 460 Millionen Tonnen.
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Die Herstellung von Kunststoffen erfolgt hauptsächlich in der Petrochemie, die in hohem Maße auf nicht erneuerbare Erdölressourcen angewiesen ist. Daher verursacht die massive Produktion von Kunststoff nicht nur eine ernsthafte Verschmutzung der globalen Umwelt, sondern beschleunigt auch die Erschöpfung der Erdölressourcen. Berichten zufolge ist Plastik eine weit verbreitete Verunreinigung von Gewässern und macht 60-95 % der Meeresabfälle aus. Daraus ergibt sich der Bedarf an einer Alternative. Stärkehaltige Pflanzen sind zu einer weiteren beliebten Quelle für nachhaltige Kunststoffe geworden, da sie ein absolut kostengünstiges, biologisch abbaubares, erneuerbares und natürliches Polymer darstellen.
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Mit den vorhandenen Technologien lässt sich das Problem der Herstellung von Lebensmittelverpackungen aus biologisch abbaubaren Abfällen nicht lösen. Daher besteht ein dringender Bedarf, das Problem durch die Entwicklung einer Zusammensetzung für die Herstellung von Lebensmittelverpackungen aus biologisch abbaubaren Abfällen zu lösen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine nachhaltige Materialzusammensetzung, umfassend: 50 Gew.-% eines biologisch abbaubaren Abfalls; 25-30 Gew.-% eines Lignins; und 15-20 Gew.-% einer Kieselsäure. Der biologisch abbaubare Abfall ist ausgewählt aus Reishülsen, Grünabfällen, Lebensmittelabfällen, biologisch abbaubaren Kunststoffabfällen, Papierabfällen oder einer beliebigen Kombination davon.
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In einer anderen Ausführungsform wird eine Stärke aus pflanzlichen Abfällen wie Mais, Casava, Zuckerrohr, Kartoffeln und anderen stärkehaltigen Gemüsen extrahiert.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine nachhaltige Materialzusammensetzung aus biologisch abbaubarem Abfall zu entwickeln.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Platten zu erhalten, die in verschiedene Formen gegossen werden, um das Verpackungsprodukt in der gewünschten Größe und Form herzustellen.
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Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind, gegeben. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als einschränkend für ihren Umfang anzusehen sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Figuren beschrieben und erläutert werden.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:
- 1 ein methodisches Flussdiagramm zur Vorbereitung einer nachhaltigen Materialzusammensetzung zeigt; und
- 2 einen Block zeigt, der die in der nachhaltigen Materialzusammensetzung verfügbaren Komponenten definiert.
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Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren in Form der wichtigsten Schritte, die zum besseren Verständnis der Aspekte der vorliegenden Erfindung beitragen. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, ohne weiteres erkennbar sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.
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Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und nicht als einschränkend angesehen werden.
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Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.
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Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System und die Beispiele, die hier angegeben werden, sind nur illustrativ und nicht als einschränkend gedacht.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.
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1 und 2 illustrieren ein Flussdiagramm zur Herstellung einer nachhaltigen Materialzusammensetzung bzw. ein Blockdiagramm, das die in der nachhaltigen Materialzusammensetzung verfügbaren Komponenten definiert. Die nachhaltige Materialzusammensetzung, die in der vorliegenden Erfindung beansprucht wird, umfasst 50 Gew.-% eines biologisch abbaubaren Abfalls; 25-30 Gew.-% eines Lignins; und 15-20 Gew.-% Siliziumdioxid. Der biologisch abbaubare Abfall ist ausgewählt aus Reishülsen, Grünabfall, Lebensmittelabfall, biologisch abbaubarem Kunststoffabfall, Papierabfall oder einer
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In einer anderen Ausführungsform wird eine Stärke aus pflanzlichen Abfällen wie Mais, Casava, Zuckerrohr, Kartoffeln und anderen stärkehaltigen Gemüsen extrahiert.
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In einer anderen Ausführungsform werden die biologisch abbaubaren Abfälle zu mikro- oder nanofaserigen Partikeln zerkleinert und mit Wasser gemischt, um ein heterogenes Gemisch herzustellen. Das heterogene Gemisch wird einer mechanischen Druckkammer zugeführt, um die Materialien zu binden und ein gebundenes Gemisch herzustellen
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In einer anderen Ausführungsform wird die gebundene Mischung mit Hilfe einer Walze zu einer Vielzahl von dünnen Blättern gezogen und anschließend wird die auf die Vielzahl von dünnen Blättern gezogene gebundene Mischung getrocknet.
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In einer anderen Ausführungsform wird die Vielzahl der dünnen Folien ausgewalzt und zwischen zwei Biofolien auf Stärkebasis durch Komprimierung mit einer hydraulischen Presse gepresst. Die erhaltenen Folien werden in verschiedene Formen gegossen, um das Verpackungsprodukt in der gewünschten Größe und Form herzustellen.
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In einer anderen Ausführungsform sorgt eine dreilagige Verpackung für eine dauerhafte und nachhaltige Verpackung, da biologisch abbaubare landwirtschaftliche Abfälle die Festigkeit der Verpackung erhöhen, der Zersetzung durch Pilze und dem Eindringen von Feuchtigkeit widerstehen, gut isolieren und biologisch abbaubar sind. Reishülsen beispielsweise enthalten Zellulose (50 %), Lignin (25-30 %) und Siliziumdioxid (15-20 %), die die schlechten mechanischen Eigenschaften, die geringe Wasserdampfbarriere und die niedrige Gefrierbeständigkeit der Stärke ausgleichen, während die aus Reishülsen gezogene Folie zwischen zwei Schichten von Biofolien auf Stärkebasis eingelegt wird. Angesichts des zunehmenden Einsatzes von Kunststoffen bei der Verpackung verschiedener Mengen, die in unserem täglichen Leben verwendet werden, ist es sehr wichtig und das Gebot der Stunde, einen Ersatz oder eine Alternative zu diesen Verpackungsmaterialien zu schaffen, um die Belastung der Umwelt zu verringern Biologisch abbaubare Materialien auf Stärkebasis könnten in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Entwicklung umweltfreundlicherer und nachhaltigerer Lebensmittelverpackungsmaterialien spielen. Beim Foliengießverfahren sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um verschiedene Kombinationen von Zusatzstoffen auszuprobieren, die dem Stärkepulver zugesetzt werden, um die Eigenschaften der Stärkefolie zu verbessern und gleichzeitig ihre Festigkeit und antimikrobielle Eigenschaft zu erhalten und ihre Haltbarkeit zu verlängern, während sie gleichzeitig wirtschaftlich ist und ihrer Funktion dient, die Menge der Abfälle zu verringern, die entweder deponiert oder verbrannt werden, und das Bewusstsein der Öffentlichkeit zu schärfen. Um dieses Problem zu lösen, haben wir versucht, biologisch abbaubare landwirtschaftliche Abfälle hinzuzufügen, die die Festigkeit, Flexibilität und Haltbarkeit des Verpackungsmaterials insgesamt verbessern.
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In einer anderen Ausführungsform haben die hergestellten Folien eine hohe Produktionseffizienz und die hergestellten Folien weisen eine ähnliche Morphologie auf wie die mit dem Gießverfahren hergestellten. Bei der Extrusion von Blasfolien wird das extrudierte folienbildende Material geblasen, gepresst und gekühlt, um Folien herzustellen. Beim Extrusionspressen werden die Folien durch Heißpressen und Kühlen des extrudierten filmbildenden Materials hergestellt. Das Extrusionsspritzgießen ähnelt dem Extrusionsprägen, da bei beiden Verfahren während der Verarbeitung extrudiert und geformt wird. Beim Extrusionsspritzgießen wird jedoch das geschmolzene Rohmaterial in die Form gespritzt und anschließend abgekühlt, um das Produkt zu erhalten. Das Extrusionsspritzgießen ist in der Polymerverarbeitung weit verbreitet, da es eine große Anzahl komplexer Kunststoffprodukte zu geringen Kosten herstellen kann. Das Extrusionsverfahren wurde für die Herstellung von Folien auf der Basis von Hydroxypropylstärke, Maisstärke und Maniokstärke verwendet. Das Folienextrusionsverfahren hat eine hohe Produktionseffizienz, und die hergestellten Folien haben eine ähnliche Morphologie wie die im Gießverfahren hergestellten.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Schäumungsverfahren eine Methode zur Herstellung von Schäumen auf Stärkebasis. Für die Herstellung dieser Schäume wurden vier Hauptverfahren entwickelt: Backen, Formen, Extrudieren und Schäumen mit überkritischem Fluid. Beim Backschaumverfahren wird ein Gemisch aus Stärke, Treibmittel und anderen Zusatzstoffen in eine Form gegeben und anschließend in einem Ofen erhitzt. Beim Backen führt die Verdampfung von Wasserdampf zur Schaumbildung, und die Viskosität der Stärkemasse spielt eine wichtige Rolle für die Art der gebildeten Gasblasen.
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Das Formschäumen ist ein ähnliches Verfahren wie das Backschäumen. In diesem Fall wird das Schaumstoffmaterial in eine temperaturgesteuerte hydraulische Presse gegeben, und durch Erhitzen und Druckveränderungen wird Schaum gebildet. Biologisch abbaubare Schäume auf der Basis von Maniokstärke, die mit Traubenstielen gemischt sind, wurden mit diesem Verfahren hergestellt, und es hat sich gezeigt, dass der hergestellte Schaum als Lebensmittelverpackungsmaterial verwendet werden kann. Beim überkritischen Fluidschäumen wird in der Regel überkritisches Kohlendioxid zur Bildung von Gasblasen verwendet. Das schäumende Material und das Kohlendioxid werden unter Druck gemischt. Anschließend wird der Druck in der Vorrichtung abgelassen, wodurch das Kohlendioxidgas Blasen bildet und ein geschäumtes Produkt entsteht.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Gießen von Folienlösungen eine einfache und bewährte Methode zur Herstellung von Folienverpackungsmaterialien, einschließlich Papier. Zunächst wird eine filmbildende Lösung durch Erhitzen und Rühren einer Mischung aus filmbildenden Materialien und Lösungsmittel hergestellt, die eine Filmsuspension aus verkleisterter Stärke ist. Diese Lösung wird dann auf eine glatte Oberfläche, z. B. eine Glas- oder Kunststoffplatte, gegossen. Die aufgestrichene Lösung wird dann in einem Ofen oder bei Raumtemperatur getrocknet, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Schließlich werden die fertigen Filme durch Abziehen von der Platte entfernt. Es ist ratsam, die Filmsuspensionen aus gelatinierter Stärke vor dem Gießen auf die Platte zu entgasen, um das Vorhandensein von Luftblasen im fertigen Film zu vermeiden. Das Filmlösungsgießverfahren wurde erfolgreich für die Herstellung biologisch abbaubarer Filme aus Mais-, Maniok- und Süßkartoffelstärke eingesetzt.
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Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse kann beispielsweise geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können die Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.
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Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 102
- Zerkleinerte landwirtschaftliche Abfälle
- 104
- Zugabe von Wasser und Anwendung von mechanischem Druck zur Bindung der Partikel
- 106
- Das Gemisch mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung zu Folien ausrollen
- 108
- Einlegen der Blätter zwischen zwei Biofolien auf Stärkebasis
- 110
- Komprimieren des erhaltenen Produkts mit einer hydraulischen Presse
- 112
- Formen Sie die erhaltenen Platten in verschiedene Formen und Größen je nach Anforderung
- 202
- 50 Gew.-% biologisch abbaubare Abfälle
- 204
- 15-20 Gew.-% Kieselsäure
- 206
- 25-30 Gewichtsprozent Lignin
