DE602005001648T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials aus aufgeschäumten Stärkestäben und eine Vorrichtung hierfür.
  • Die Herstellung eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials, das eine geordnete Struktur von Abschnitten aufgeschäumter Stärkestäbe umfasst ist in GB 2352230 A offenbart. Dieses Dokument offenbart das Adhäsionsbinden von durch Hochtemperatur-Kurzzeit(HTST)-Extrusionskochen gebildeten Abschnitten aufgeschäumter Stärkestäbe, zum Herstellen von Blöcken oder Dielen. Wasser oder ein anderes Haftmittel wird auf die Oberfläche jedes Abschnitts eines Stabes aufgebracht, bevor die Abschnitte in einer geordneten Struktur angeordnet werden. Wenn das Haftmittel Wasser ist, werden Verstärkungsrippen von dichterem Material entlang den Kontaktbereichen zwischen benachbarten Stababschnitten gebildet. Die Eigenschaften der gebildeten Dielen oder Blöcke ist abhängig vom Ausmaß, der räumlichen Verteilung und der Dicke der Verstärkungsrippen.
  • DE 27 58 632 A1 offenbart die Herstellung eines gegossenen thermoplastischen Harzkörpers, der ein Holzmaserungsmuster auf seiner Oberfläche aufweist. Ein dehnbares Harz wird durch eine Düse mit einer Holzapertur extrudiert. Die so gebildeten Stränge werden über den Schmelzpunkt des Harzes erhitzt und miteinander zum Zusammenschmelzen in Kontakt gebracht, um eine vereinigte Masse zu bilden. Strangpressen und ein nachfolgendes Verändern der Querschnitte einzelner gebildeter, biologisch abbaubarer Stäbe ist in WO 9 831 523 und CH 679 564 gezeigt.
  • Es wurde jetzt herausgefunden, dass es dadurch, dass die Abschnitte eines stranggepressten aufgeschäumten Stärkestabs einem Wärmeumformungsverfahren vor dem Adhäsionsbinden unterworfen werden möglich ist, ihre Oberflächenbeschaffenheit, die Ausdehnungsstabilität und die Querschnittgeometrie zu verändern.
  • Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials bereitgestellt, dass die folgenden Schritte beinhaltet:
    • (a) Formen eines aufgeschäumten Stärkestabs (28) durch Strangpressen; und
    • (b) Binden eines stranggepressten Stabs (28) an wenigstens einen anderen solchen Stab (28), gekennzeichnet durch
    • (c) Leiten des stranggepressten Stabs (28) vor dem Bindeschritt durch eine erhitzte Düse (6) zum Verändern des Querschnitts des Stabs (28).
  • Bevorzugt umfasst das Verfahren das Bilden einer Mehrzahl von aufgeschäumten Stärkestäben durch Strangpressen, Leiten der Stäbe durch eine erhitzte Düse, um den Querschnitt der Stäbe zu verändern und Binden eines Stabes, der durch die erhitzte Düse geleitet wurde, an wenigstens einen anderen solchen Stab.
  • Ein aufgeschäumter Stärkestab umfasst Stärke und optional Additive wie Weichmacher, zum Beispiel Polyvinylalkohol, oder Nukleierungsmittel, zum Beispiel Talkum oder Kleie.
  • Die Stärke kann unmodifizierte Stärke sein. Eine derzeit bevorzugte Stärkequelle für die Herstellung von aufgeschäumten Stärkestäben ist ungefähr 9 % Proteinenthaltenes Weizenmehl.
  • Bevorzugt wird ein Bindemittel auf wenigstens einer Oberfläche des Stabes aufgebracht. Bevorzugt ist das Bindemittel eine Flüssigkeit, stärker bevorzugt Wasser. Bevorzugt wird das Bindemittel unter Nutzung eines Sprühdüsensystems, eines porösen Mediums unter Nutzung von Kapillarsaugwirkung, einem Tintenstrahldrucksystem oder einer oder mehrerer Rollen aufgebracht.
  • Bevorzugt wird die Düse auf eine Temperatur von zwischen 80°C und 350°C erhitzt. Die in einem beliebigen gegebenen Fall verwendete Temperatur wird von der Rate abhängen, mit der die Stäbe durch die Düse geleitet werden. Wenn die Stäbe mit hoher Geschwindigkeit durch die Düse geleitet werden, wird eine hohe Temperatur erforderlich sein; wenn die Stäbe jedoch mit geringer Geschwindigkeit durch die Düse geleitet werden, kann eine geringere Temperatur verwendet werden.
  • Bevorzugt werden die Stäbe mit einer Geschwindigkeit von 10 ms–1 oder weniger, stärker bevorzugt mit 6 ms–1 durch die erhitzte Düse geleitet. Für eine gegebene Düsentemperatur kann, zum Erhöhen der Rate, mit der die Stäbe durch die Düse geleitet werden können, die Länge der Düse zum Erhöhen der Kontaktzeit zwischen den Stäben und der Düse, vergrößert werden,.
  • Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials bereitgestellt, die folgendes umfasst:
    einen Extruder zum Bilden eines aufgeschäumten Stärkestab (28); und Mittel (12) hinter dem Extruder zum Binden eines Stabs (28) an einen anderen Stab (28), wobei das genannte Bindemittel einen Applikator (10) zum Aufbringen eines Bindeagens auf wenigstens eine Oberfläche der genannten Stäbe (10) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner folgendes umfasst:
    eine erhitzte Düse (6) vor dem genannten Bindemittel zum Verändern des Querschnitts des Stabes (28); und Mittel (2, 4) zum Führen des Stabes durch die Düse.
  • Bevorzugt bildet der Extruder eine Mehrzahl von aufgeschäumten Stärkestäben (28), die durch die Düse (6) geführt werden.
  • Bevorzugt ist der Applikator ein Sprühdüsensystem, ein poröses Medium unter Nutzung von Kapillarsaugwirkung, ein Tintenstrahlsystem oder eine oder mehrere Rollen.
  • Die Stäbe können miteinander zum Bilden einer flachen Anordnung von Stäben verbunden werden, die dann zu gemusterten Platten oder Bögen warmgewalzt werden und/oder die mit einem oder mehreren anderen flachen Anordnungen, zum Bilden von mehrschichtigen Blöcken, gestapelt werden. Bevorzugt werden die Stäbe zu einer flachen Anordnung miteinander verbunden, die zu Dielen zerschnitten werden.
  • Bevorzugt liegen die Hauptachsen der Stababschnitte einer flachen Anordnung im Allgemeinen in axialer Ausrichtung.
  • In mehrschichtigen Blöcken können die Hauptachsen der Stababschnitte von einer Schicht nicht in axialer Ausrichtung zu den Hauptachsen der Stababschnitte einer benachbarten Schicht oder Schichten liegen. Die Hauptachse der Stababschnitte einer jeden Schicht kann im Allgemeinen quer zu denen einer benachbarten Schicht oder Schichten verlaufen.
  • Die Erfindung wird jetzt ausführlicher als nur ein Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials entsprechend der Erfindung ist; und
  • 2 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie II-II der 1 ist.
  • Die schematisch in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung umfasst ein erstes Paar 2 angetriebener Führungsrollen und ein zweites Paar 4 angetriebener Führungsrollen, die auf jeder Seite der Düse 6 angebracht sind und eine Vielzahl von Kanälen 8 aufweisen. Ein erstes Bindemittel-Applikationssystem 10 ist hinter dem zweiten Paar 4 der Führungsrollen angebracht und vor einer Verpackungseinheit 12 und einem dritten Paar 14 angetriebener Führungsrollen. Ein Paar angetriebener, erwärmter Musterungsrollen 16 sind optional hinter dem dritten Paar angetriebener Führungsrollen angebracht.
  • Zum Herstellen von mehrschichtigen Blöcken ist ein zweites Bindemittel-Applikationssystem 18 benachbart zu einer Schneidevorrichtung 20, hinter dem dritten Paar 14 angetriebener Führungsrollen und, falls vorhanden, dem Paar angetriebener Musterungsrollen 16, angebracht. Eine Verbindungseinheit 22, ein drittes Bindemittel-Applikationssystem 24 und eine Stapeleinheit 26 sind hinter der Schneidevorrichtung 20 angebracht.
  • In Verwendung werden eine Mehrzahl durch herkömmliches HTST-Stangpressen gebildete kontinuierlich aufgeschäumter Stärkestäbe 28, durch die ersten 2 und zweiten 4 Paare der angetriebenen Führungsrollen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 ms–1 durch die Düse 6 geführt, die auf eine Temperatur zwischen 80°C und 350°C erhitzt wurde. Die Stäbe 28 werden dann durch das dritte Paar 14 der angetriebenen Führungsrollen an dem ersten Bindemittel-Applikationssystem 10 und der Verpackungseinheit 12 vorbeigezogen. Wenn die Stäbe 28 durch das erste Bindemittel-Applikationssystem 10 geleitet werden, wird ein Bindemittel auf ihre Oberflächen aufgebracht. Die Stäbe 28 werden durch einen Kanal in die Verpackungseinheit 12 gezogen, deren Breite sich in Richtung der Bewegung der Stäbe verjüngt. Wenn die Stäbe durch den Kanal geleitet werden, werden sie zusammengepresst, so dass sie miteinander, zum Bilden einer flachen Anordnung 30 von Stäben, verbunden werden. Wenn enthalten, werden die angetriebenen Musterungsrollen 16 auf eine Temperatur zwischen 80°C und 350°C, abhängig von der Rate mit der die Stäbe durch die Rollen geführt werden, erhitzt, und die Anordnung 30 wird warmgewalzt oder gemustert.
  • Zum Bilden von mehrschichtigen Blöcken wird die Anordnung 30 durch das dritte Paar 14 angetriebener Führungsrollen an dem zweiten Bindemittel-Applikationssystem 18 und der Schneidevorrichtung 20 zu der Verbindungseinheit 22 vorbeigezogen. Während die Anordnung 30 das zweite Bindemittel-Applikationssystem durchläuft, wird ein zweites Bindemittel auf deren Seiten aufgebracht. Die Anordnung 30 wird dann auf eine gewünschte Länge mit der Schneidevorrichtung 20 geschnitten und zu der Verbindungseinheit 22 weitergeleitet, wo sie mit einer oder mehreren ähnlichen Anordnungen, zum Bilden einer Diele 32 der gewünschten Breite, verbunden wird.
  • Ein Laufwerk wird verwendet, um sicher zu stellen, dass die Schneidevorrichtung 20 mit derselben Geschwindigkeit wie die Anordnung 26 läuft und die Anordnung 30, zum Bilden einer Schneidkante, die senkrecht zu der Richtung der Stäbe 28 ist, die die Anordnung 30 bilden, quer durch schneidet. Die Diele 32 mit der gewünschten Länge und Breite wird dann an dem dritten Bindemittel-Applikationssystem 24 zu der Stapeleinheit 26 gezogen, wo sie mit einer oder mehreren ähnlichen Dielen, zum Bilden eines mehrschichtigen Blocks, gestapelt wird. Während die Diele das dritte Bindemittel-Applikationssystem 24 durchlauft, wird ein drittes Bindemittel auf die Oberfläche der Diele 32 aufgebracht. Die Stapeleinheit 26 legt Druck auf die Deckfläche der Diele an und ermöglicht eine horizontale Rotation der Diele, so dass die Orientierung der Stäbe 28, die die Diele 32 bilden, welche den mehrschichtigen Block bilden, relativ zu einander verändert werden kann.
  • Die ersten 2, zweiten 4 und dritten 14 Paare von Führungsrollen und das optionale Paar Musterungsrollen 16 sind angetrieben, so dass ihre Rotationsgeschwindigkeiten angepasst und synchronisiert werden können. Die Rollen bestehen auch aus Hälften, so dass sie ohne Auseinanderbauen der Achsen und des Rahmenwerks der Maschine entfernt und ersetzt werden können, wodurch ermöglicht wird, dass der Rollenspalt zwischen jedem Paar Rollen leicht eingestellt werden kann. Die Oberfläche einer jeden der drei Paare der Führungsrollen ist mit einem Material wie Gummi für ein wirksames Erfassen des Schaums beschichtet.
  • Das Paar angetriebener erwärmter Musterungsrollen 16 kann verwendet werden, um der Diele 26 eine Form zu geben und/oder ein Muster, wie ein Herstellerlogo oder eine Beschreibung der zu verpackenden Waren, auf ihre Oberfläche aufzubringen.
  • Die Düse 4 ist zum Vermindern von Wärmeverlust isoliert und die Eingänge der Kanäle 8 sind trichterförmig, um ein Blockieren der Eingänge durch die aufgeschäumte Stärke zu vermeiden. Bevorzugt werden die Düsenkanäle durch Einsätze gebildet, die ohne Auseinanderbauen des Rahmenwerks der Maschine entfernt und ersetzt werden können.
  • Das Bindemittel, dass durch die ersten, zweiten und dritten Bindemittel-Applikationssysteme aufgebracht wird kann fest oder flüssig sein und kann gleich oder verschieden sein. Flüssige Bindemittel sind wegen der Leichtigkeit der Handhabung und der Steuerung bevorzugt. Wenn die Bindemittel flüssig sind, können sie wässrig oder nicht-wässrig sein; das bevorzugte Bindemittel ist Wasser. Die Menge des Bindemittels, das auf einen gegebenen Bereich aufgebracht wird, wird durch einen Regulierungsmechanismus in jedem der Haftmittel-Applikationssysteme gesteuert. Bekannte Applikationsvorrichtungen können, zum Aufbringen des Bindemittels auf die Oberfläche der Stäbe, verwendet werden. Bevorzugt sind, zum Sicherstellen einer einheitlichen und genauen Verteilung des Bindemittels, die Bindemittel-Applikationssysteme Sprühdüsensysteme, poröse Medien unter Nutzung von Kapillarsaugwirkung oder Tintenstrahldrucksysteme. Wo ein Sprühdüsensystem verwendet wird, wird dies durch Luftdruck und Druck in dem Bindemittel reguliert. Wo ein poröses Medium verwendet wird, wird dies durch Auswahl des Mediumtyps, seiner Dicke und Kontaktfläche mit den Stäben reguliert. Wo ein Tintenstrahldrucksystem verwendet wird, wird dies durch die Druckmuster und die Spannung an den Feuerungssignalen reguliert.
  • Während in dem vorangegangenen Beispiel die aufgeschäumten Stärkestäbe miteinander durch Aufbringen eines Bindemittels auf die Oberfläche der Stäbe verbunden werden, wird es begrüßt, dass durch die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Stäbe nicht miteinander verbunden werden müssen oder miteinander in anderer Weise verbunden werden, zum Beispiel unter Verwendung von Bändern.
  • Ausgehend von dem vorangegangenen Beispiel wird es begrüßt, dass die Verfahren entsprechend der Erfindung zum Verändern der Schaumdichte der Stärkestäbe verwendet werden können, um ihre Belastbarkeit gegenüber statischer Aufladung und Beeinflussung zu erhöhen.
  • Darüber hinaus wird es ebenso begrüßt, dass die Erfindung ermöglicht Stäbe mit den gewünschten Abmessungen und der gewünschte Form herzustellen, welche eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit gegenüber Stäben aufweisen, die unter Verwenden von bekannten Extrusions-Schäumverfahren hergestellt werden, wodurch das Aufbringen von Bindemittel auf die Stäbe und die nachfolgende Anordnung der Stäbe zu einer geordneten Struktur erleichtert wird.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials, das die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Formen eines aufgeschäumten Stärkestabs (28) durch Strangpressen; und (b) Binden eines stranggepressten Stabs (28) an wenigstens einen anderen solchen Stab (28), gekennzeichnet durch (c) Leiten des stranggepressten Stabs (28) vor dem Bindeschritt durch eine erhitzte Düse (6) zum Verändern des Querschnitts des Stabs (28).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Aufbringen eines Bindemittels auf wenigstens eine Oberfläche des genannten Stabs (28) vor Schritt (b) beinhaltet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bindemittel eine Flüssigkeit ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Bindemittel Wasser ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das Bindemittel mit einem Sprühdüsensystem, einem porösen Medium unter Nutzung von Kapillarsaugwirkung, einem Tintenstrahldrucksystem oder einer oder mehreren Rollen aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Querschnittsgestalt des Stabs (28) im Schritt (c) verändert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Oberfläche des Stabs (28) in Schritt (c) verändert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Bilden einer Mehrzahl aufgeschäumter Stärkestäbe (28) durch Strangpressen; (b) Binden eines stranggepressten Stabs (28) an wenigstens einen anderen solchen Stab (28) und (c) Leiten der stranggepressten Stäbe vor dem Bindeschritt durch eine erhitzte Düse (6) zum Verändern des Querschnitts der Stäbe (28).
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Schritt (b) eine Mehrzahl von Stäben (28) aneinander gebunden wird, um eine flache Anordnung (30) zu bilden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Formen und/oder Aufbringen eines Musters auf der/die Oberfläche der Anordnung (30) beinhaltet.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Anordnung (30) geformt und/oder das Muster aufgebracht wird mittels einer erhitzten Rolle (16).
  12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, das ferner die folgenden Schritte beinhaltet: (d) Zerschneiden von Anordnungen (30) von Stäben, um Dielen (32) zu bilden; (e) Verbinden von wenigstens zwei Dielen miteinander, um einen mehrlagigen Block zu bilden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Aufbringen eines Bindemittels auf wenigstens eine Oberfläche der genannten Dielen vor Schritt (e) beinhaltet.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei Schritt (d) das Verbinden von zwei oder mehreren zerschnittenen Anordnungen (30) umfasst, um Dielen (32) zu bilden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Aufbringen eines Bindemittels auf wenigstens eine Oberfläche der zerschnittenen Anordnungen (30) vor dem Bilden der Dielen (32) umfasst.
  16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Düse (6) auf eine Temperatur zwischen 80°C und 350°C erhitzt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der oder jeder Stab (28) mit einer Geschwindigkeit von 10 ms–1 oder weniger durch die Düse (6) geführt wird.
  18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der oder jeder Stab (28) mit einer Geschwindigkeit von 6 ms–1 oder weniger durch die Düse (6) geführt wird.
  19. Vorrichtung zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Verpackungsmaterials, die Folgendes umfasst: einen Extruder zum Bilden eines aufgeschäumten Stärkestabs (28); und Mittel (12) hinter dem Extruder zum Binden eines Stabs (28) an einen anderen Stab (28), wobei das genannte Bindemittel einen Applikator (10) zum Aufbringen eines Bindeagens auf wenigstens eine Oberfläche der genannten Stäbe (10) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Folgendes umfasst: eine erhitzte Düse (6) vor dem genannten Bindemittel zum Verändern des Querschnitts des Stabes (28); und Mittel (2, 4) zum Führen des Stabs durch die Düse (6).
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, die Folgendes umfasst: wenigstens einen Extruder zum Bilden einer Mehrzahl aufgeschäumter Stärkestäbe (28); Mittel (12) hinter dem Extruder zum Binden eines Stabs (28) an einen anderen Stab (28), wobei das genannte Bindemittel einen Applikator (10) zum Aufbringen eines Bindeagens auf wenigstens eine Oberfläche der genannten Stäbe (10) beinhaltet, eine erhitzte Düse (6) vor dem genannten Bindemittel zum Verändern der Stäbe (28); und Mittel zum Führen der Mehrzahl von Stäben (28) durch die Düse (6).
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Applikator (10) ein Sprühdüsensystem, ein poröses Medium unter Ausnutzung von Kapillarsaugwirkung, ein Tintenstrahldrucksystem oder eine oder mehrere Rollen umfasst.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19, 20 oder 21, die ferner eine Stapeleinheit (26) umfasst, um Lagen verbundener Stäbe (28) zur Bildung eines Mehrlagenprodukts miteinander zu laminieren.
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