Expandierbares Granulat auf Basis eines nachwachsenden Rohstoffs sowie Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung Expandable granulate based on a renewable raw material as well as a process for its production and its use
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Materialentwicklung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein expandierbares Granulat, das insbesondere zur Herstellung von biologisch abbaubaren expandierten Granulaten und Schaumkörpern geeignet ist. The present invention relates to the technical field of materials development. In particular, the present invention relates to an expandable granulate which is particularly suitable for the production of biodegradable expanded granulates and foam bodies.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines expandierbaren Granulats sowie die Verwendung eines expandierbaren Granulats für die Herstellung biologisch abbaubarer, insbesondere heimkompostierbarer, expandierter Granulate und Schaumkörper. In addition, the present invention relates to a method for producing expandable granules and the use of expandable granules for producing biodegradable, in particular home-compostable, expanded granules and foam bodies.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein biologisch abbaubares, insbesondere heimkompostierbares, auf nachwachsenden Rohstoffen basierendes expandiertes Granulat sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. The present invention further relates to a biodegradable, in particular home-compostable, expanded granulate based on renewable raw materials and a method for its production.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines expandierten Granulats im Bau- und Verpackungsbereich. In addition, the present invention relates to the use of an expanded granulate in the construction and packaging sectors.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen biologisch abbaubaren, insbesondere heimkompostierbaren, auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Schaumkörper sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines biologisch abbaubaren Schaumkörpers als Baustoff, im Verpackungsbereich sowie im Heimwerk- und Bastelbereich. The present invention also relates to a biodegradable, in particular home compostable, foam body based on renewable raw materials and a method for its production. Finally, the present invention relates to the use of a biodegradable foam body as a building material, in the packaging sector and in the DIY and handicraft sector.
Kunststoffe, Metalle, nichtmetallische Materialien, wie bspw. Glas, und Naturstoffe, wie bspw. Holz, sind die wesentlichen Werkstoffe, welche in der Produktion von Konsumgütern, d.h. sowohl Gebrauchs- als auch Verbrauchsgüter, eingesetzt werden. In Anbetracht einer über Jahrzehnte konstant wachsenden Weltbevölkerung und - Wirtschaft in Verbindung mit einem ebenso stetig zunehmenden Konsum steigen auch Produktionsmengen und Rohstoffbedarf weiterhin an, was sich neben der Kon- sumgüterproduktion auch auf die Menge entsprechend benötigter Verpackungen
überträgt. So hat bspw. in Deutschland die Menge an verwendetem Verpackungsmaterial seit dem Jahr 2000 um insgesamt 23 % zugenommen, wobei allein für Kunststoffverpackungen ein Zuwachs von 79 % zu verzeichnen war. Als Konsequenz dieser Entwicklung steigen gleichfalls die Mengen anfallender Abfälle, bspw. durch Verpackungsmüll, stetig. So lag etwa die aufgekommene Menge von Verpackungsabfällen in Deutschland im Jahr 2017 bei 18,7 Mio t, was einer Pro- Kopf-Menge von ca. 227 kg sowie einem Anstieg gegenüber dem Vorjahreswert von 2016 um 3 % entspricht. Plastics, metals, non-metallic materials, such as, for example, glass, and natural substances, such as, for example, wood, are the essential materials that are used in the production of consumer goods, that is to say both consumer goods and consumer goods. In view of a world population and economy that has been growing steadily over decades in connection with an equally steadily increasing consumption, production quantities and raw material requirements continue to rise, which affects not only the production of consumer goods but also the amount of packaging required transmits. In Germany, for example, the amount of packaging material used has increased by a total of 23% since 2000, with an increase of 79% for plastic packaging alone. As a consequence of this development, the amount of waste generated, for example through packaging waste, is also increasing steadily. For example, the amount of packaging waste generated in Germany in 2017 was 18.7 million tonnes, which corresponds to a per capita amount of approx. 227 kg and an increase of 3% compared to the previous year's figure in 2016.
Als Verpackungsmaterialien werden hauptsächlich Papier, gefolgt von Kunststoffen, Glas und Metall verwendet. Insbesondere die Wiederverwertung von Kunststoffabfällen ist hierbei aufwendig, wenn nicht in vielen Fällen unmöglich, da die notwendige Trennung der unterschiedlichen Kunststoffmaterialen häufig kaum praktikabel ist. The main packaging materials used are paper, followed by plastics, glass and metal. In particular, the recycling of plastic waste is expensive, if not impossible in many cases, since the necessary separation of the different plastic materials is often hardly practicable.
In Deutschland fielen im Jahr 2017 beispielsweise 3,19 Mio t Kunststoffverpackungsmüll an, von welchem lediglich 49,7 % recycelt werden konnten. Der verbleibende, nicht-recyclebare Teil des Kunststoffverpackungsmülls wird überwiegend thermisch verwertet, d.h. in Müllverbrennungsanlagen verbrannt, oder zur weiteren Verwertung bzw. Entsorgung auf Deponien abgegeben. In Germany, for example, 3.19 million tonnes of plastic packaging waste were generated in 2017, of which only 49.7% could be recycled. The remaining, non-recyclable part of the plastic packaging waste is predominantly used thermally, i.e. incinerated in waste incineration plants, or given to landfills for further recycling or disposal.
Sowohl die thermische Verwertung als auch Deponie-Entsorgung, insbesondere bei unsachgemäßer Entsorgung, stellen eine Belastung für die Umwelt dar. Problematisch ist vor allem die oft lange Verweilzeit bzw. nur sehr langsame Verrottung von Kunststoffverpackungsmüll, sodass sich Überreste, insbesondere in Form von Mikroplastik, bspw. in den Böden, Flüssen und Meeren ansammeln und damit auch in den Nahrungskreislauf gelangen können. Both thermal recycling and landfill disposal, especially in the event of improper disposal, represent a burden for the environment. The main problem is the often long retention time or only very slow rotting of plastic packaging waste, so that residues, especially in the form of microplastics, For example, they can accumulate in soils, rivers and seas and thus enter the food cycle.
Darüber hinaus wird eine Vielzahl der für Verpackungen gängig verwendeten Kunst- Stoffe auf Basis endlicher bzw. nicht-nachwachsender Ressourcen hergestellt, wofür insbesondere Erdöl als Ausgangsstoff dient. Die überwiegende Mehrheit der kunststoffbasierten Verpackungsmaterialien vereint somit die Nachteile einer kurzen Lebens- bzw. Einsatzdauer mit einem gleichzeitigen Verbrauch endlicher Ressourcen im Rahmen der Flerstellung und einer aufwendigen Wiederverwertung bzw. Entsorgung.
Eine Möglichkeit, dem übermäßigen Verbrauch endlicher Ressourcen, der zunehmenden Entsorgungs- und Abfallproblematik sowie der daraus resultierenden Umweltbelastung entgegenzuwirken, ist die Entwicklung und Verwendung von Werkstoffen, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt werden sowie insbe- sondere biologisch abbaubar sind, wobei vor allem der Aspekt der biologischen Abbaubarkeit eine Herausforderung darstellt. In addition, a large number of the plastics commonly used for packaging are produced on the basis of finite or non-renewable resources, for which petroleum in particular is used as the starting material. The vast majority of plastic-based packaging materials thus combine the disadvantages of a short lifespan or service life with a simultaneous consumption of finite resources in the context of production and costly recycling or disposal. One possibility of counteracting the excessive consumption of finite resources, the increasing disposal and waste problems and the resulting environmental pollution is the development and use of materials that are manufactured on the basis of renewable raw materials and, in particular, are biodegradable, whereby the aspect in particular biodegradability poses a challenge.
Biologisch abbaubare Werkstoffe bzw. Kunststoffe aus nachwachsenden, insbesondere pflanzlichen, Rohstoffen lassen sich, neben Zellulose und Zucker, vor allem aus Stärke, bspw. aus Mais, Weizen oder Kartoffeln, gewinnen. Von den in den vergangenen Jahren entwickelten, biologisch abbaubaren Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen haben sich vor allem Stärkekunststoffe, Polylactid und Polyhydro- xyfettsäure-Polyester durchgesetzt. Die Hauptanwendungsfelder für biologisch abbaubare Werk- bzw. Kunststoffe liegen in Europa derzeit im Verpackungs- und Ca- teringbereich sowie daneben in der Landwirtschaft, im Gartenbau und im Pharma- und Medizinbereich. Beispielsweise sind Produkte wie Abfallsäcke, Tragetaschen, Einweggeschirr, Verpackungsfolien, Flaschen, Obst- und Gemüseschalen, Verpackungshilfsmittel (Loose-fill-Chips), expandierbare Schäume, Mulchfolien oder Blumentöpfe aus nachwachsenden Rohstoffen in größerem Umfang verfügbar. Biodegradable materials or plastics from renewable, in particular vegetable, raw materials can be obtained, in addition to cellulose and sugar, especially from starch, for example from maize, wheat or potatoes. Of the biodegradable plastics made from renewable raw materials that have been developed in recent years, starch plastics, polylactide and polyhydroxy fatty acid polyesters have prevailed. The main fields of application for biodegradable materials and plastics in Europe are currently in the packaging and catering sector, as well as in agriculture, horticulture, and in the pharmaceutical and medical sectors. For example, products such as rubbish bags, carrier bags, disposable tableware, packaging films, bottles, fruit and vegetable bowls, packaging aids (loose-fill chips), expandable foams, mulch films or flower pots made from renewable raw materials are available on a larger scale.
Die Entwicklung von bio-basierten sowie biologisch abbaubaren Schäumen, welche etwa als Verpackungsmaterial bzw. -hilfsmittel, Polster- oder Stabilisierungsmaterial oder als Abstandhalter, bspw. im Leichtbausektor, verwendet werden können, ist unter anderem interessant sowie relevant, um einen umweltfreundlichen Ersatz für bei- spielsweise Styropor- oder Polyurethanschäume, welche weitestgehend aus fossilen Rohstoffen hergestellt sowie nur aufwendig zu verwerten sind, bereitzustellen. The development of bio-based and biodegradable foams, which can be used as packaging material or aids, cushioning or stabilizing material or as spacers, e.g. in the lightweight construction sector, is interesting and relevant to an environmentally friendly replacement for - For example, Styrofoam or polyurethane foams, which are largely made from fossil raw materials and can only be recycled at great expense.
Bekannt ist beispielsweise die Verwendung von Polylactid zur Herstellung von biobasierten Polymerpartikelschäumen. Das Material ist insofern biologisch abbaubar, dass es industriell kompostiert werden kann, d.h. es verrottet bei Temperaturen von ca. 60 °C innerhalb eines mehrwöchigen Zeitraums in entsprechenden industriellen Kompostieranlagen. Unter natürlichen Bedingungen, d.h. in der freien Umwelt etwa, verrottet Polylactid jedoch wesentlich langsamer, d.h. Polylactid ist bspw. nicht heim- kompostierbar. Es besitzt zudem nur eine geringe Wasserlöslichkeit, so dass bei unsachgemäßer Entsorgung sowohl Böden als auch Gewässer belastet werden können.
Ein weiteres geeignetes Material für die Herstellung von Polymerschäumen ist Stärke. Generell zählt Stärke dabei zur Werkstoffgruppe der Polysaccharide und ist aus einzelnen Glukosebausteinen zusammengesetzt, die je nach Art der glykosidi- schen Verknüpfung in die beiden Stärkekomponenten Amylose bzw. Amylopektin unterteilt werden. Je nach Art und Gattung der jeweiligen Pflanze, aus der die Stärke gewonnen wird, unterscheiden sich die verschiedenen Stärken sowohl in ihrer Zusammensetzung, d.h. in Bezug auf den Amylose- bzw. Amylopektinanteil, sowie im Hinblick auf ihre Beschaffenheit, d.h. bspw. die Farbe, Korngrößen und -formen. Über die Auswahl einer spezifischen Stärke kann so bspw. die Schaumstruktur im geschäumten Werkstoff beeinflusst werden. For example, the use of polylactide for the production of bio-based polymer particle foams is known. The material is biodegradable insofar as it can be composted industrially, ie it rots at temperatures of approx. 60 ° C within a period of several weeks in appropriate industrial composting plants. However, under natural conditions, ie in the free environment, polylactide rots much more slowly, ie polylactide cannot be composted at home, for example. In addition, it is only slightly soluble in water, so that improper disposal can pollute both soil and water. Another suitable material for the production of polymer foams is starch. In general, starch belongs to the material group of polysaccharides and is composed of individual glucose building blocks which, depending on the type of glycosidic linkage, are subdivided into the two starch components amylose or amylopectin. Depending on the species and genus of the respective plant from which the starch is obtained, the various starches differ both in their composition, ie with regard to the amylose or amylopectin content, as well as with regard to their nature, ie for example the color, Grain sizes and shapes. The foam structure in the foamed material, for example, can be influenced by selecting a specific thickness.
In der Praxis wird bislang zur Herstellung von stärkebasierten Materialien hauptsächlich ein Gemisch bzw. Blend aus Stärke und hydrophoben Polymeren sowie gegebenenfalls weiteren Additiven eingesetzt. Ein solcher Stärke-Blend ist bspw. in der europäischen Patentanmeldung EP 0 596 437 A2 beschrieben und eignet sich etwa für die Herstellung von Ein- oder Mehrschichtfolien. In practice, a mixture or blend of starch and hydrophobic polymers and, if necessary, other additives have been used to date for the production of starch-based materials. Such a starch blend is described, for example, in European patent application EP 0 596 437 A2 and is suitable, for example, for the production of single-layer or multilayer films.
Durch die Wahl der Additive kann die Stärke thermoplastisch verarbeitbar gemacht werden, während die hydrophoben Polymere im Wesentlichen zur Verringerung der Wasserlöslichkeit des Materials beitragen. Auf Grund der unterschiedlichen chemischen wie physikalischen Eigenschaften der verwendeten Polymere, insbesondere im Hinblick auf die Hydrophilie bzw. Hydrophobie dieser, kann die Stabilität des Blends sowie generell die Mischbarkeit der Komponenten verringert sein bzw. den Einsatz spezifischer Phasenvermittler erfordern. Die in Stärke-Blends verwendeten Polymere und Additive können insbesondere die biologische Abbaubarkeit des Stärke-Blends negativ beeinflussen, speziell im Hinblick auf einen Abbau des Blends unter natürlichen, d.h. nicht industriellen, Bedingungen. Through the choice of additives, the starch can be made thermoplastically processable, while the hydrophobic polymers essentially contribute to reducing the water solubility of the material. Due to the different chemical and physical properties of the polymers used, especially with regard to their hydrophilicity or hydrophobicity, the stability of the blend and, in general, the miscibility of the components can be reduced or require the use of specific phase mediators. The polymers and additives used in starch blends can, in particular, have a negative impact on the biodegradability of the starch blend, especially with regard to degradation of the blend under natural, i.e. non-industrial, conditions.
Neben der Produktion von Folien eignen sich Stärke-Blends für die Herstellung kon- tinuierlicher Schäume, d.h. je nach Düsengeometrie von Schaumsträngen oder Platten. Dies ist bspw. in den europäischen Patentanmeldungen EP 0 711 322 A1 und EP 1 127 914 A1 beschrieben. In addition to the production of foils, starch blends are suitable for the production of continuous foams, i.e. depending on the nozzle geometry of foam strands or sheets. This is described, for example, in the European patent applications EP 0 711 322 A1 and EP 1 127 914 A1.
Hierbei betrifft die EP 0 711 322 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines im Wesent- liehen biologisch abbaubaren Polymerschaumes, im Rahmen dessen thermoplastische oder destrukturierte Stärke bzw. ein Stärke-Blend unter Verwendung eines fa-
serartigen bzw. kapselartigen Materials, welches die Fähigkeit besitzt, Wasser kapillaraktiv einzubinden, unter Regelung von Druck und Temperatur derart verarbeitet wird, dass das im Material kapillargebundene Wasser freigesetzt wird, um ein Aufschäumen des Polymers zu bewirken. In this regard, EP 0 711 322 A1 relates to a method for producing an essentially borrowed biodegradable polymer foam, within the framework of which thermoplastic or destructured starch or a starch blend using a fiber ser-like or capsule-like material, which has the ability to bind water in a capillary-active manner, is processed under control of pressure and temperature in such a way that the capillary-bound water in the material is released in order to cause the polymer to foam.
Weiterhin ist in der EP 1 127 914 A1 eine geschäumte Platte offenbart, welche de- strukturierte oder komplexierte Stärke in einem Blend mit bspw. Polyvinylalkohol und Additiven wie Glycerin umfasst, wobei der Stärke-Blend als kontinuierliche Phase geschäumt ist. Die geschäumte Platte eignet sich für die Verwendung im Lebensmit- telverpackungssektor, etwa als Verpackungsschale bzw. sog. Tray für Nahrungsmittel wie Fleisch, Molkereiprodukte, Gemüse, Eier oder Obst. Furthermore, EP 1 127 914 A1 discloses a foamed sheet which comprises structured or complexed starch in a blend with, for example, polyvinyl alcohol and additives such as glycerine, the starch blend being foamed as a continuous phase. The foamed sheet is suitable for use in the food packaging sector, for example as a packaging tray or so-called tray for food such as meat, dairy products, vegetables, eggs or fruit.
Eine weitere interessante Verwendung für biologisch abbaubare Schäume findet sich im Baubereich, insbesondere im Leichtbau. Hier werden herkömmlicherweise Verbundmaterialien bzw. insbesondere Verbundplatten mit einem Kern aus synthetischen Polymerschäumen, wie etwa Polyurethan (PUR) oder Polystyrol (PS), eingesetzt. Die genannten synthetischen Polymere sind hierbei sowohl weitestgehend erdölbasiert als auch nur schwer zu recyceln. Einen Vorschlag für ein unter Umweltaspekten positiver zu beurteilendendes Bauteil liefert die europäische Patentanmeldung EP 0 781 199 A1. Im Detail betrifft diese die Flerstellung eines Sandwichmaterials mit einem biologisch abbaubaren Deckmaterial aus Papier bzw. Pappe oder Folie und einem Kern aus extrudiertem Stärkeschaum. Dazu wird ein kontinuierliches Verfahren verwendet, im Rahmen dessen ein Stärkeschaum in einem Extrusionsverfahren erzeugt, in situ zwischen Papier- bzw. Kartonbahnen oder Folie eingebracht und in einer kontinuierlich arbeitenden Rollenpresse verpresst und verarbeitet wird. Das nach dem Verfahren erhaltene Sandwichmaterial kann endlos als Rollenware oder nach dem Pressvorgang auf Format in definierte Sandwichplatten geschnitten werden. Another interesting use for biodegradable foams can be found in the construction sector, especially in lightweight construction. Composite materials or, in particular, composite panels with a core made of synthetic polymer foams, such as polyurethane (PUR) or polystyrene (PS), are conventionally used here. The synthetic polymers mentioned are largely petroleum-based and are difficult to recycle. European patent application EP 0 781 199 A1 provides a proposal for a component that is to be assessed more positively from the environmental point of view. In detail, this relates to the production of a sandwich material with a biodegradable cover material made of paper or cardboard or foil and a core made of extruded starch foam. For this purpose, a continuous process is used in which a starch foam is produced in an extrusion process, inserted in situ between paper or cardboard webs or film and pressed and processed in a continuously operating roller press. The sandwich material obtained by the process can be endlessly cut into rolls or, after the pressing process, cut to size into defined sandwich panels.
Nachteilig an den vorgenannten Verfahren zur direkten Verschäumung der Stärkebasierten Ausgangsmaterialien ist allerdings, dass insbesondere eine nachträgliche Formgebung zur Flerstellung von bspw. dickwandigen Formteilen oder Formteilen mit definierten bzw. komplexen Geometrien nicht möglich ist. Entsprechend limitiert sind die bisher bekannten Verfahren zur Flerstellung von Stärke-basierten Schäumen im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit bzw. Gestaltbarkeit.
Demgegenüber finden sich im Stand der Technik auch Ansätze, mehrstufige Verfahren zur Herstellung von Polymerschaumkörpern bereitzustellen. So beschreibt die europäische Patentanmeldung EP 2 623288 ein Verfahren zur Herstellung von Schaumformteilen, wobei ein bereitgestelltes Polymerschaumgranulat mit einer Leimzusammensetzung gemischt und anschließend unter Wärme- und Luftzufuhr zum Schaumformteil umgewandelt wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass ein bereits geschäumtes Polymerschaumgranulat als Ausgangsmaterial verwendet wird, d.h. speziell ein solches Granulat, das kein Treibmittel enthält. Die Erzeugung des Schaumformteils beruht demnach im Wesentlichen auf einem Klebeprozess an- stelle einer Verschäumung, da diese bereits in einem vorgelagerten Schritt erfolgt. Weiterhin ist in der EP 2 623288 zwar auch die Verwendung biogener bzw. recycelter Kunststoffe beschrieben, allerdings handelt es sich hierbei vorrangig um Kunststoffe, die kaum biologisch abbaubar bzw. lediglich industriell kompostierbar sind. Somit mangelt es dem Stand der Technik nach wie vor an flexibel gestaltbaren Verfahren, die Schaumkörper auf Basis von Werkstoffen zugänglich machen, die möglichst frei sind von Kunststoffen, die auf Basis nichterneuerbarer Rohstoffe gewonnen werden bzw. nur mangelhaft biologisch abbaubar sind. Demgegenüber wäre es daher wünschenswert, eine Möglichkeit zur flexibleren Herstellung von Polymerschäumen auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu entwickeln, wobei insbesondere die Möglichkeit der Herstellung von Schaumkörpern mit komplexeren Geometrien bzw. dickwandigeren Strukturen von Interesse ist. Gleichzeitig wäre es außerdem wünschenswert, hierfür ein Ausgangsmaterial zur Verfügung zu stellen, dass insbesondere unter natürlichen Umweltbedingungen abbaubar ist sowie auf Basis nachwachsender Rohstoffe erhalten werden kann. The disadvantage of the aforementioned method for direct foaming of the starch-based starting materials, however, is that, in particular, subsequent shaping for the production of, for example, thick-walled molded parts or molded parts with defined or complex geometries is not possible. The previously known processes for the production of starch-based foams are correspondingly limited with regard to their applicability and design. In contrast, there are also approaches in the prior art to provide multistage processes for the production of polymer foam bodies. For example, European patent application EP 2 623288 describes a process for the production of molded foam parts, in which a polymer foam granulate provided is mixed with a glue composition and then converted to the molded foam part with the supply of heat and air. In particular, provision is made here for already foamed polymer foam granules to be used as the starting material, ie specifically such granules that do not contain any blowing agent. The production of the molded foam part is therefore essentially based on an adhesive process instead of foaming, since this already takes place in a preceding step. Furthermore, EP 2 623288 also describes the use of biogenic or recycled plastics, but these are primarily plastics that are hardly biodegradable or are only industrially compostable. Thus, the state of the art still lacks flexibly designed processes that make foam bodies available based on materials that are as free as possible of plastics that are obtained on the basis of non-renewable raw materials or are only poorly biodegradable. In contrast, it would be desirable to develop a possibility for more flexible production of polymer foams based on renewable raw materials, the possibility of producing foam bodies with more complex geometries or thick-walled structures being of particular interest. At the same time, it would also be desirable to provide a starting material for this purpose that, in particular, is degradable under natural environmental conditions and can be obtained on the basis of renewable raw materials.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit dem geschilderten Stand der Technik verbundenen Nachteile auszuräumen, zumindest jedoch abzu- schwächen. It is accordingly an object of the present invention to eliminate the disadvantages associated with the described prior art, or at least to reduce them.
Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, ein Material bereitzustellen, dass die Herstellung von umweltfreundlichen Werkstoffen, insbesondere zur Verwendung im Verpackungs- und Baubereich sowie Dekor- und Bastelbereich, erlaubt, die vor allem auch im Hinblick auf ihre Entsorgung als unproblematisch einzustufen sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist demnach ein expandierbares Granulat nach Anspruch 1 ; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche. In particular, an object of the present invention is to provide a material that allows the production of environmentally friendly materials, in particular for use in the packaging and construction sectors, as well as decoration and handicrafts, which can be classified as unproblematic, especially with regard to their disposal are. The present invention according to a first aspect of the present invention is accordingly an expandable granulate according to claim 1; further advantageous refinements of this aspect of the invention are the subject of the relevant subclaims.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines expandierbaren Granulats nach Anspruch 8; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche. Another object of the present invention according to a second aspect of the present invention is a method for producing an expandable granulate according to claim 8; further advantageous refinements of this aspect of the invention are the subject of the relevant subclaims.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des expandierbaren Granulats zur Herstellung biologisch abbaubarer expandierter Granulate nach Anspruch 12. Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren, insbesondere heimkompostierbaren, auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden expandierten Granulats nach Anspruch 13. Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein biologisch abbaubares, insbesondere heimkompos- tierbares, auf nachwachsenden Rohstoffen basierendes expandiertes Granulat nach Anspruch 14. Darüber hinaus Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des expandierten Granulats im Baubereich und/oder im Verpackungsbereich nach Anspruch 15. Another object of the present invention according to a third aspect of the present invention is the use of the expandable granules for the production of biodegradable expanded granules according to claim 12. Again another object of the present invention according to a fourth aspect of the present invention is a method for producing a biodegradable , in particular home compostable, based on renewable raw materials expanded granules according to claim 13. Furthermore, the present invention according to a fifth aspect of the present invention is a biodegradable, in particular home compostable, based on renewable raw materials expanded granules according to claim 14 The present invention according to a sixth aspect of the present invention is the use of the expanded granules in the construction sector and / or in the packaging sector according to claim 15.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des expandierbaren Granulats für die Herstellung biologisch abbaubarer Schaumkörper nach Anspruch 16. The present invention in accordance with a seventh aspect of the present invention again further provides the use of the expandable granulate for the production of biodegradable foam bodies according to claim 16.
Des Weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren, insbesondere heimkompostierbaren, auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Schaumkörpers nach Anspruch 17; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
Darüber hinaus Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein biologisch abbaubarer, insbesondere heim- kompostierbarer, auf nachwachsenden Rohstoffen basierender Schaumkörper nach Anspruch 20; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspektes sind Gegenstand des diesbezüglichen Unteranspruchs. The present invention also provides, according to an eighth aspect of the present invention, a method for producing a biodegradable, in particular home compostable, foam body based on renewable raw materials according to claim 17; further advantageous refinements of this aspect of the invention are the subject of the relevant subclaims. In addition, the subject of the present invention according to a ninth aspect of the present invention is a biodegradable, in particular home compostable, foam body based on renewable raw materials according to claim 20; further advantageous refinements of this aspect of the invention are the subject of the related sub-claim.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem zehnten, elften und zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung des biologisch ab- baubaren Schaumkörpers als Baustoff, im Verpackungsbereich sowie im Heimwerk- und Bastelbereich nach den Ansprüchen 22, 23 und 24. Another object of the present invention according to a tenth, eleventh and twelfth aspect of the present invention is a use of the biodegradable foam body as a building material, in the packaging sector and in the DIY and handicraft sector according to claims 22, 23 and 24.
Es versteht sich von selbst, dass im Folgenden genannte besondere Ausgestaltungen, insbesondere besondere Ausführungsformen oder dergleichen, welche nur im Zusammenhang mit einem Erfindungsaspekt beschrieben sind, auch in Bezug auf die anderen Erfindungsaspekte entsprechend gelten, ohne dass dies einer ausdrücklichen Erwähnung bedarf. It goes without saying that the special configurations mentioned below, in particular special embodiments or the like, which are only described in connection with one aspect of the invention, also apply accordingly with regard to the other aspects of the invention, without this needing to be explicitly mentioned.
Weiterhin ist bei allen nachstehend genannten relativen bzw. prozentualen, insbe- sondere gewichtsbezogenen Mengenangaben zu beachten, dass diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Fachmann derart auszuwählen sind, dass in der Summe der Inhaltsstoffe, Zusatz- bzw. Hilfsstoffe oder dergleichen stets 100 Prozent bzw. 100 Gew.% resultieren. Dies versteht sich für den Fachmann aber von selbst. Zudem gilt, dass alle im Folgenden genannten Parameterangaben oder dergleichen grundsätzlich mit genormten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder aber mit dem Fachmann an sich geläufigen Bestimmungsmethoden bestimmt bzw. ermittelt werden können. Dies vorausgeschickt, wird nachfolgend der Gegenstand der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Furthermore, with all of the relative or percentage, in particular weight-related, quantitative data mentioned below, it should be noted that these are to be selected by the person skilled in the art within the scope of the present invention in such a way that in the sum of the ingredients, additives or auxiliaries or the like, always 100 percent or 100% by weight result. However, this goes without saying for the person skilled in the art. In addition, all parameter data or the like mentioned below can in principle be determined or determined using standardized or explicitly stated determination methods or with determination methods known per se to the person skilled in the art. Having said that, the subject matter of the present invention is explained in more detail below.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem e r s t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein expandierbares Granulat, insbesondere zur Fierstellung von biologisch abbaubaren Schaumkörpern, wobei das Granulat einen nachwachsenden Rohstoff und ein partikuläres physikalisches Treibmittel enthält.
Das erfindungsgemäße expandierbare Granulat, welches auf Basis eines nachwachsenden Rohstoffs sowie eines partikulären physikalischen Treibmittels, d.h. eines partikelförmigen physikalischen Treibmittels, erhältlich ist, stellt einen besonders umweltfreundlichen Werkstoff dar, der als solcher in vielfältiger Weise eingesetzt sowie weiterverarbeitet werden kann und dabei insbesondere im Hinblick auf seine Herstellung wie auch Verwendung bzw. Verwertung als ressourcenschonend und nachhaltig einzuordnen ist. The present invention - according to a first aspect of the present invention - is an expandable granulate, in particular for the production of biodegradable foam bodies, the granulate containing a renewable raw material and a particulate physical blowing agent. The expandable granulate according to the invention, which is available on the basis of a renewable raw material and a particulate physical blowing agent, ie a particulate physical blowing agent, is a particularly environmentally friendly material that can be used and further processed as such in a variety of ways, especially with regard to its production as well as its use or recycling can be classified as resource-saving and sustainable.
Insbesondere ist ein Vorteil des expandierbaren Granulats sowie von Erzeugnissen, die aus diesem hergestellt werden können, dass diese heimkompostierbar sind, d.h. sowohl das Granulat als auch bspw. Schaumkörper, welche aus diesem gewonnen werden, verrotten unter natürlichen Umweltbedingungen und bei gewöhnlichen Außentemperaturen. Somit sind das erfindungsgemäße Granulat sowie daraus hergestellte Erzeugnisse, insbesondere Schaumkörper, speziell solchen biologisch ab- baubaren Werk- bzw. Kunststoffen überlegen, die lediglich industriell kompostierbar sind, d.h. nur unter artifiziellen Bedingungen in Kompostieranlagen und bei Temperaturen von mindestens 60 °C abgebaut werden können. Gleichfalls ist nichtsdestoweniger auch eine industrielle Kompostierung des expandierbaren Granulats sowie dessen Erzeugnissen, insbesondere innerhalb vergleichsweise kurzer Zeiten, mög- lieh. In particular, an advantage of the expandable granules and of products that can be made from them is that they can be composted at home, i.e. both the granules and, for example, foam bodies obtained from them rot under natural environmental conditions and at normal outside temperatures. Thus, the granulate according to the invention and products made from it, in particular foam bodies, are especially superior to those biodegradable materials or plastics that are only industrially compostable, ie can only be degraded under artificial conditions in composting plants and at temperatures of at least 60 ° C . Likewise, industrial composting of the expandable granulate and its products, in particular within comparatively short times, is also possible.
Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats sowie der aus diesem erhältlichen Erzeugnisse, wie bspw. Schaumkörper, besteht insbesondere auch darin, dass die Materialien eine hohe Wasserlöslichkeit aufwei- sen, sodass bspw. auch bei unsachgemäßer Entsorgung in die Umwelt ein Abbau des Granulats bzw. der aus diesem hergestellten Schaumkörper sichergestellt ist. Eine Belastung von Böden und Gewässern kann so effizient vermieden werden. Another particular advantage of the expandable granulate according to the invention and the products obtainable therefrom, such as, for example, foam bodies, is in particular that the materials have high water solubility, so that, for example, even if the granulate is improperly disposed of in the environment, degradation of the granulate or The foam body produced from this is ensured. In this way, pollution of the soil and water can be efficiently avoided.
Das erfindungsgemäße Granulat eignet sich weiterhin insbesondere in hervorragen- der Weise für die Herstellung von Schaumkörpern bzw. geschäumten Strukturen. Insbesondere ist es durch Verwendung des erfindungsgemäßen Granulats speziell möglich, vielfältigen Einfluss auf die finale Formgebung, Schaumstruktur, Schaumstabilität, Belastbarkeit und Haltbarkeit des entsprechenden Erzeugnisses, insbesondere Schaumkörpers, zu nehmen. So gestattet es die vorliegende Erfindung bzw. das mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Granulat, dass insbesondere eine große Bandbreite an Schaumkörpern zugänglich und ein breiter Spielraum in der
Ausgestaltung dieser eingeräumt wird. Hierbei ist es bspw. speziell möglich, besonders dickwandige bzw. komplexe Schaumkörper aus dem erfindungsgemäßen Granulat zu erzeugen, die je nach Bedarf eine hohe Stabilität und Festigkeit bzw. auch eine weiche und nachgiebige Struktur aufweisen können. The granulate according to the invention is also particularly well suited for the production of foam bodies or foamed structures. In particular, by using the granulate according to the invention, it is specifically possible to exert a wide range of influences on the final shape, foam structure, foam stability, resilience and durability of the corresponding product, in particular foam body. Thus, the present invention or the granules provided by the present invention allow, in particular, a wide range of foam bodies to be accessible and a wide range of options Design of this is granted. Here it is, for example, specifically possible to produce particularly thick-walled or complex foam bodies from the granulate according to the invention, which, depending on requirements, can have a high level of stability and strength or also a soft and flexible structure.
Ungeachtet der hervorragenden biologischen Abbaubarkeit der erfindungsgemäßen Granulate bzw. der aus diesen erhältlichen Erzeugnisse, wie bspw. Schaumkörper, weisen die Granulate bzw. bspw. Schaumkörper eine hohe Haltbarkeit auf. Insbesondere ist etwa eine mehrmonatige Lagerung des expandierbaren Granulates bei normalem Raumklima, d.h. bei Raumtemperatur und einer durchschnittlichen Luftfeuchtigkeit von ca. 50 %, möglich, ohne dass das Granulat Schimmel bildet oder seine Funktionalität, d.h. Expansionsfähigkeit, verliert. Diesbezügliche umfangreiche Studien der Anmelderin haben gezeigt, dass das expandierbare Granulat auch nach mehreren Wochen der Lagerung noch seine ursprüngliche Expansionsfähigkeit auf- weist und somit weiterhin problemlos, insbesondere zu Schaumkörpern, verarbeitet werden kann. Regardless of the excellent biodegradability of the granulates according to the invention or the products obtainable from them, such as, for example, foam bodies, the granulates or, for example, foam bodies have a high durability. In particular, the expandable granulate can be stored for several months in a normal room climate, i.e. at room temperature and an average humidity of approx. 50%, without the granulate forming mold or losing its functionality, i.e. expandability. Extensive studies in this regard by the applicant have shown that the expandable granules still have their original expandability even after several weeks of storage and can therefore continue to be processed without problems, in particular into foam bodies.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Granulat vorzugsweise eine besonders einfache, d.h. im Hinblick auf die Anzahl der verwendeten Inhaltsstoffe begrenzte, Zusammensetzung aufweist. Im Wesentlichen besteht das erfindungsgemäße Granulat dabei nur aus dem nachwachsenden Rohstoff, bei welchem es sich in bevorzugter Weise um, insbesondere native, Stärke handelt. Weiterhin kann das Granulat, neben dem partikulären physikalischen Treibmittel, noch Wasser sowie evtl einen geringen Anteil an Ad- ditiven enthalten. Damit kann auf Basis von im Wesentlichen lediglich zwei bis drei Inhaltsstoffen ein hochfunktionelles Granulat erhalten werden, welches es insbesondere gestattet, auf einfache und problemlose Weise zu unterschiedlichsten Erzeugnissen, insbesondere Schäumen, weiterverarbeitet zu werden. Weiterhin wird es auf der Grundlage der erfindungsgemäßen, insbesondere einfachen, Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Granulats möglich, dieses zuverlässig und mit einer hohen Prozessstabilität zu produzieren. Damit kann gleichfalls erreicht werden, dass reproduzierbar ein gleichmäßig zusammengesetztes Granulat erhalten werden kann, sodass schließlich auch die auf Basis des erfindungsgemäßen Granulats erhaltenen Erzeugnisse, wie insbesondere bspw. Schaumkörper,
eine sehr einheitliche und regelmäßige sowie insbesondere regulierbare bzw. kontrollierbare Struktur aufweisen, womit gleichsam eine gezielte Kontrolle der Eigenschaften der Erzeugnisse erreicht werden kann. Durch die Verwendung eines partikulären Treibmittels wird dabei erreicht, dass eine Verschäumung und Expansion des erfindungsgemäßen Granulats zu Schaumkörpern mit einer vorzugsweise feinen und kompakten Schaumstruktur möglich wird. Gleichzeitig kann die Verschäumung bzw. der Expansionsprozess des erfindungsgemäßen Granulats zu einem Schaumkörper so gesteuert werden, dass insbeson- dere geschlossenzellige Schaumkörper erhalten werden, die eine gleichmäßige und abgeschlossene Außenoberfläche aufweisen. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf die Haltbarkeit, strukturelle Integrität und Beständigkeit der Schaumkörper aus, sodass ausgehend von dem erfindungsgemäßen Granulat insbesondere stabile und belastbare Erzeugnisse erhalten werden können. Another essential advantage of the present invention is that the granulate according to the invention preferably has a particularly simple composition, ie a composition limited with regard to the number of ingredients used. The granulate according to the invention essentially consists only of the renewable raw material, which is preferably, in particular native, starch. In addition to the particulate physical blowing agent, the granulate can also contain water and possibly a small proportion of additives. In this way, on the basis of essentially only two to three ingredients, a highly functional granulate can be obtained which, in particular, allows it to be further processed in a simple and problem-free manner into a wide variety of products, in particular foams. Furthermore, on the basis of the, in particular simple, composition according to the invention of the granulate according to the invention, it becomes possible to produce it reliably and with high process stability. This also makes it possible to reproducibly obtain a uniformly composed granulate, so that finally the products obtained on the basis of the granulate according to the invention, such as, for example, foam bodies, have a very uniform and regular and, in particular, regulatable or controllable structure, with which, as it were, a targeted control of the properties of the products can be achieved. The use of a particulate blowing agent means that foaming and expansion of the granulate according to the invention to form foam bodies with a preferably fine and compact foam structure is possible. At the same time, the foaming or the expansion process of the granulate according to the invention to form a foam body can be controlled in such a way that, in particular, closed-cell foam bodies are obtained which have a uniform and closed outer surface. This has a particularly positive effect on the durability, structural integrity and resistance of the foam bodies, so that, starting from the granulate according to the invention, in particular stable and resilient products can be obtained.
Diese Erzeugnisse, insbesondere Schäume bzw. Schaumkörper, eignen sich auf Grund der vorgenannten Eigenschaften insbesondere ideal als Verpackungsmaterialien bzw. Verpackungshilfsmittel, wie Abstandhalter oder Polstermaterial. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere die biologische Abbaubarkeit des erfindungsgemäßen Granulats sowie der aus diesem herstellbaren Erzeugnisse, da nach beendeter Nutzung bzw. beendetem Gebrauch eine einfache Entsorgung und Verwertung des Granulats bzw. des Schaumkörpers über den Heimkompost möglich ist. These products, in particular foams or foam bodies, are particularly ideal as packaging materials or packaging aids, such as spacers or cushioning material, due to the aforementioned properties. Particularly advantageous here is the biodegradability of the granulate according to the invention and the products that can be made from it, since the granulate or the foam body can be easily disposed of and recycled via home compost after use or use.
Dabei ist insbesondere ein schneller Abbau und Verrottungsprozess gegeben, so- dass ein wesentlicher Aspekt bei der Entsorgung von bspw. Verpackungsmaterialien durch die vorliegende Erfindung schnell, umweltfreundlich, nachhaltig sowie anwenderfreundlich gelöst werden kann. In particular, a faster degradation and rotting process is given, so that an essential aspect in the disposal of, for example, packaging materials can be solved quickly, environmentally friendly, sustainable and user-friendly by the present invention.
Gleichfalls eignen sich erfindungsgemäße Schäume bzw. Schaumkörper aus dem expandierbaren Granulat nach der vorliegenden Erfindung in insbesondere idealer Weise für Anwendungen im Baubereich, insbesondere für Leichtbauanwendungen. Hier können die erfindungsgemäßen Schäume bspw. als vorrübergehendes Füllmaterial für Hohlkörper eingesetzt werden. Durch die insbesondere gute Wasserlöslichkeit der erfindungsgemäßen Materialien, d.h. sowohl des expandierbaren Granulats als auch der Schaumkörper, ist ein einfaches Herauslösen von erfindungsgemäßen Schäumen aus entsprechenden Hohlstrukturen leicht und binnen kurzer Zeit möglich, während der Hohlkörper zuvor durch den Schaumkörper stabilisiert wurde. Eine
weitere bevorzugte Anwendung aus dem Leichtbausektor stellen Sandwich-Paneele dar, bei welchen der Schaumkern mit ober- und unterseitigen Deckplatten kaschiert bzw. laminiert wird. Somit stellt die vorliegende Erfindung auf Basis des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats sowie den daraus erhältlichen Schaumkörpern nach der vorliegenden Erfindung insbesondere überaus flexibel einsetzbare Werkstoffe bereit, die zudem umweltfreundlich erhalten sowie entsorgt werden können. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem nachwachsenden Rohstoff ein organischer Rohstoff, der aus land- und forstwirtschaftlicher Produktion stammt und zielgerichtet für weiterführende Anwendungszwecke außerhalb des Nahrungs- und Futterbereichs verwendet wird, verstanden. Hierbei hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bewährt, wenn das Granulat den nachwachsenden Rohstoff in Mengen von 85 bis 99,9 Gew.%, insbesondere 87,5 bis 99 Gew.%, vorzugsweise 90 bis 98,5 Gew.%, bezogen auf die Gesamtgranulatzusammensetzung, enthält. Ein maßgeblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist somit insbesondere darin zu sehen, dass das erfindungsgemäße Granulat im Wesentlichen bzw. zum größten Teil aus einem nachwachsenden Rohstoff gebildet ist, so dass vorrangig insbesondere nachhaltige Quellen für dessen Herstellung verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang insbesondere auch, dass für die Herstellung des erfindungsgemäßen Granulats vor allem nahezu keine nichterneuerbaren Rohstoffquellen verbraucht werden, so dass das erfindungsgemäße Granulat unter Umweltaspekten als positiv sowie nachhaltig einzustufen ist. Likewise, foams or foam bodies according to the invention made from the expandable granulate according to the present invention are particularly ideal for applications in the construction sector, in particular for lightweight construction applications. Here, the foams according to the invention can be used, for example, as a temporary filling material for hollow bodies. The particularly good water solubility of the materials according to the invention, ie both the expandable granulate and the foam body, allows foams according to the invention to be easily removed from corresponding hollow structures easily and within a short time, while the hollow body was previously stabilized by the foam body. One Another preferred application from the lightweight construction sector is that of sandwich panels, in which the foam core is laminated or laminated with top and bottom cover panels. The present invention thus provides, on the basis of the expandable granulate according to the invention and the foam bodies according to the present invention obtainable therefrom, in particular extremely flexible materials which can also be obtained and disposed of in an environmentally friendly manner. In the context of the present invention, a renewable raw material is understood to mean an organic raw material that originates from agricultural and forestry production and is used specifically for further applications outside of the food and feed sector. In the context of the present invention, it has proven particularly useful if the granulate contains the renewable raw material in amounts of 85 to 99.9% by weight, in particular 87.5 to 99% by weight, preferably 90 to 98.5% by weight, based on the total granulate composition. A decisive advantage of the present invention is thus to be seen in particular in the fact that the granulate according to the invention is formed essentially or for the most part from a renewable raw material, so that sustainable sources in particular are primarily used for its production. In this context, it is particularly advantageous that in particular almost no non-renewable raw material sources are used for the production of the granulate according to the invention, so that the granulate according to the invention can be classified as positive and sustainable from an environmental point of view.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Granulat, welches vorzugsweise aus einem Extrusionsprozess erhalten wird, kostengünstig sowie ressourcenschonend hergestellt werden. Insbesondere kann im Rahmen der Herstellung mit geringen Energieeinträgen gearbeitet werden, sodass gleichfalls nur wenig Energie für die Herstellung des erfindungsgemäßen Granulats verbraucht wird. Gleiches gilt auch für die Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Granulats zu bspw. Schaumkörpern, da etwa eine Expansion des expandierbaren Granulats innerhalb nur weniger Sekunden bis Minuten erreicht wird.
Erfindungsgemäß kann der nachwachsende Rohstoff dabei im Allgemeinen tierischer als auch pflanzlicher Herkunft sein. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch bewährt, wenn der nachwachsende Rohstoff ein pflanzlicher Rohstoff ist. Furthermore, the granulate according to the invention, which is preferably obtained from an extrusion process, can be produced inexpensively and in a resource-saving manner. In particular, it is possible to work with low energy inputs in the course of production, so that likewise only little energy is consumed for the production of the granulate according to the invention. The same also applies to the further processing of the granulate according to the invention into, for example, foam bodies, since, for example, an expansion of the expandable granulate is achieved within just a few seconds to minutes. According to the invention, the renewable raw material can generally be of animal or vegetable origin. In the context of the present invention, however, it has proven useful if the renewable raw material is a vegetable raw material.
In diesem Zusammenhang wird es weiter bevorzugt, wenn der nachwachsende Rohstoff erhalten wird aus Pflanzen ausgewählt aus der Gruppe von Knollen-bildenden Pflanzen, Hülsenfrüchtlern, Getreidepflanzen und deren Mischungen, insbesondere aus Mais, Reis, Gerste, Weizen, Dinkel, Kartoffel, Maniok, Erbse und deren Mischun- gen, vorzugsweise Mais, Kartoffel, Erbse und deren Mischungen. In this context, it is further preferred if the renewable raw material is obtained from plants selected from the group of tuber-forming plants, legumes, cereal plants and mixtures thereof, in particular from maize, rice, barley, wheat, spelled, potatoes, cassava, peas and their mixtures, preferably corn, potatoes, peas and their mixtures.
Diesbezüglich ist es insbesondere als vorteilhaft zu beurteilen, dass die Quellen, aus welchen der nachwachsende Rohstoff gewonnen bzw. erhalten werden kann, insbesondere kostengünstig zu produzieren bzw. zu beziehen sind, so dass das erfin- dungsgemäße Granulat auf kostengünstigen Ausgangsstoffen basiert sowie auch insgesamt kostengünstig erhalten werden kann. Insbesondere kann der nachwachsende Rohstoff, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung bzw. für das erfindungsgemäße Granulat verwendet wird, günstiger gewonnen bzw. bezogen werden als beispielsweise solche Kunststoffe, die zwar biobasiert sind, allerdings im Rahmen ihrer Herstellung bzw. Bereitstellung noch einer Reihe von Verarbeitungsschritten unterzogen werden müssen, so wie dies bspw. für Polylactid aus nachwachsenden Rohstoffquellen der Fall ist. In this regard, it is particularly advantageous that the sources from which the renewable raw material can be obtained or obtained are particularly inexpensive to produce or obtain, so that the granulate according to the invention is based on inexpensive starting materials and also overall inexpensive can be obtained. In particular, the renewable raw material that is used in the context of the present invention or for the granulate according to the invention can be obtained or obtained more cheaply than, for example, plastics that are bio-based, but still have a number of processing steps as part of their production or provision must be subjected to, as is the case, for example, for polylactide from renewable raw material sources.
Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass der nachwachsende Rohstoff ein Polysaccharid, insbesondere ein Polysaccharid der Glucose oder deren Derivate, enthält, vorzugsweise hieraus besteht. Furthermore, it is preferably provided within the scope of the present invention that the renewable raw material contains a polysaccharide, in particular a polysaccharide of glucose or its derivatives, preferably consists of it.
Unter einem Derivat wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine solche Substanz bzw. Verbindung verstanden, die von einer Stammverbindung bzw. Grundsubstanz abgeleitet ist und sich von dieser lediglich in wenigen Aspekten, beispielsweise im Hinblick auf eventuelle funktionelle Gruppen, welche die Stammverbindung aufweist, unterscheidet. Ein entsprechendes Derivat der Glucose wäre demnach beispielsweise /V-Acetylglucosamin, welches den Grundbaustein von Chitin bildet.
Hierbei hat es sich weiterhin bewährt, wenn das Polysaccharid ausgewählt ist aus der Gruppe von Cellulose, Chitin, Stärke, deren Derivaten und/oder deren Mischungen, insbesondere Stärke und deren Derivaten. Im Rahmen der Erfindung wird Stärke den organischen Verbindungen, insbesondere den Polysacchariden, zugeordnet. Stärke ist aus dem Grundbaustein a-D-Glucose aufgebaut, welcher über glycosidische Bindungen verknüpft ist, wobei unterschiedliche Verknüpfungsmuster auftreten. Circa 20 bis 30 % der Stärke bestehen üblicherweise aus polymeren Ketten mit einer helikalen Struktur, welche über a-1 ,4-glycosi- dische Bindungen verbunden sind. Diese Struktureinheit wird als Amylose bezeichnet. Demgegenüber bestehen circa. 70 bis 80 % der Stärke aus stark verzweigten Glucose-Strukturen, innerhalb derer a-1 ,6- und a-1 ,4-gylcosidisch verknüpfte Bausteine vorliegen. Diese Struktureinheiten werden als Amylopektin bezeichnet. In Bezug auf Stärke werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Derivaten der Stärke insbesondere sogenannte modifizierte Stärken verstanden, wobei im Rahmen der Herstellung von modifizierten Stärken nicht nur ein Umwandlungsschritt, sondern mehrere Umwandlungsschritte bzw. -prozesse nacheinander durchgeführt werden können. So umfasst der Begriff modifizierte Stärke bspw. acetylierte und oxidierte Stärken, säurebehandelte bzw. alkalisch modifizierte Stärken, gebleichte Stärken, enzymatisch modifizierte Stärken, Phosphatester von Stärke sowie Stärkeacetate oder auch Hydroxyalkylstärken. In the context of the present invention, a derivative is understood to mean a substance or compound which is derived from a parent compound or basic substance and differs from this only in a few aspects, for example with regard to any functional groups that the parent compound has . A corresponding derivative of glucose would therefore be, for example, / V-acetylglucosamine, which forms the basic building block of chitin. It has also proven useful here if the polysaccharide is selected from the group of cellulose, chitin, starch, their derivatives and / or mixtures thereof, in particular starch and their derivatives. In the context of the invention, starch is assigned to organic compounds, in particular to polysaccharides. Starch is made up of the basic building block aD-glucose, which is linked via glycosidic bonds, with different linking patterns occurring. About 20 to 30% of the starch usually consists of polymeric chains with a helical structure, which are connected via α-1,4-glycosidic bonds. This structural unit is called amylose. In contrast, there are approx. 70 to 80% of the starch consists of highly branched glucose structures, within which a-1, 6- and a-1, 4-glycosidically linked building blocks are present. These structural units are called amylopectin. With regard to starch, derivatives of starch are understood to mean in particular so-called modified starches in the context of the present invention, it being possible to carry out not just one conversion step but several conversion steps or processes in succession in the context of the production of modified starches. The term modified starch includes, for example, acetylated and oxidized starches, acid-treated or alkaline-modified starches, bleached starches, enzymatically modified starches, phosphate esters of starch and starch acetates or else hydroxyalkyl starches.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es jedoch besonders bevorzugt, wenn der nachwachsende Rohstoff, insbesondere native, Stärke, vorzugsweise aus Kartoffeln enthält, insbesondere hieraus besteht. In the context of the present invention, however, it is particularly preferred if the renewable raw material, in particular native starch, preferably contains potatoes, in particular consists thereof.
Hierbei zeichnet sich Kartoffelstärke im Speziellen insbesondere dadurch aus, dass sie einen Verzweigungsgrad von ca. 2 % aufweist und relativ große Stärkekörner bzw. -partikel ausbildet, welche Durchmesser von ca. 20 bis 70 pm aufweisen können. In diesem Sinne zeichnet sich die vorliegende Erfindung insbesondere dadurch aus, dass sie von einem möglichst natürlichen nachwachsenden Rohstoff ausgeht bzw. diesen in dem erfindungsgemäßen Granulat verwendet. Was nun das partikuläre physikalische Treibmittel anbelangt, so hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung bewährt, wenn das Granulat das partikuläre physikalische Treibmittel in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.%, insbesondere 0,2 bis
7 Gew.%, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.%, bezogen auf die Gesamtgranulatzusammensetzung, enthält. Here, potato starch is particularly characterized in that it has a degree of branching of approx. 2% and forms relatively large starch grains or particles, which can have a diameter of approx. 20 to 70 μm. In this sense, the present invention is particularly characterized in that it starts from a renewable raw material that is as natural as possible or uses this in the granulate according to the invention. As far as the particulate physical blowing agent is concerned, it has proven useful in the context of the present invention if the granules contain the particulate physical blowing agent in amounts of 0.1 to 10% by weight, in particular 0.2 to 7% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight, based on the total granulate composition.
Insbesondere bevorzugt wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn das partikuläre physikalische Treibmittel ein endothermes Treibmittel ist. Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung von partikulären physikalischen, insbesondere endothermen, Treibmitteln ist dabei, dass im Zuge der Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Granulats, insbesondere der Verschäumung bzw. Expansion zu einem Schaumkörper, keine gesundheitsbedenklichen bzw. geruchsbildenden Stoffe, wie bspw. Ammoniak, welches bspw. teilweise aus chemischen Treibmitteln freigesetzt wird, abgegeben werden. It is particularly preferred in the context of the present invention if the particulate physical blowing agent is an endothermic blowing agent. A particular advantage when using particulate physical, in particular endothermic, blowing agents is that in the course of further processing of the granulate according to the invention, in particular foaming or expansion to form a foam body, no substances that are harmful to health or odor-causing substances, such as ammonia, which for example is partially released from chemical propellants.
Unter einem endothermen Treibmittel wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein solches Treibmittel verstanden, dass unter Zufuhr von Energie, beispielsweise in Form von Wärme, expandiert, d.h. austreibt bzw. sich ausdehnt. In the context of the present invention, an endothermic propellant is understood to mean, in particular, such a propellant that, when energy is supplied, for example in the form of heat, expands, i.e. expands or expands.
Dementsprechend ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das Treibmittel gasförmige bzw. in den gasförmigen Zustand über- führbare Bestandteile, insbesondere Kohlendioxid, Wasserdampf und/oder niedere Alkane, vorzugsweise niedere Alkane, enthält. Accordingly, within the scope of the present invention, it is preferably provided that the propellant contains gaseous constituents or constituents which can be converted into the gaseous state, in particular carbon dioxide, water vapor and / or lower alkanes, preferably lower alkanes.
Unter einem gasförmigen bzw. in den gasförmigen Zustand überführbaren Bestandteil wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Stoff bzw. eine Verbindung verstanden, die bei Standardbedingungen, d.h. Raumtemperatur und Normal- bzw. Atmosphärendruck, gasförmig vorliegt bzw. ist, oder aber in einem anderen Aggregatzustand vorliegt, bspw. in Form einer Flüssigkeit, wobei dieser Stoff bzw. diese Verbindung dann unter Temperaturzufuhr in den gasförmigen Zustand übergeht, insbesondere wobei dafür Temperaturen in einem Bereich von weniger als 200 °C ausreichen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist damit also insbesondere ein Wechsel des Aggregatzustandes des in dem Treibmittel enthaltenen Bestandteiles gemeint und nicht etwa dessen Verdampfung bspw. durch Zersetzung oder ähnliche Abbaureaktion dieses. In the context of the present invention, a gaseous component or a component which can be converted into the gaseous state is understood to mean a substance or a compound which is or is in gaseous form under standard conditions, ie room temperature and normal or atmospheric pressure, or in another Physical state is present, for example in the form of a liquid, this substance or this compound then changing into the gaseous state when the temperature is supplied, in particular where temperatures in a range of less than 200 ° C. are sufficient. In the context of the present invention, this means, in particular, a change in the physical state of the constituent contained in the propellant and not its evaporation, for example, through decomposition or a similar degradation reaction thereof.
Unter einem niederen Alkan wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine orga- nische Verbindung des Kohlenstoffes verstanden, die im Wesentlichen Kohlenstoff, Wasserstoff sowie gegebenenfalls Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und/oder Phosphor enthält, insbesondere hieraus besteht. Die vorgenannten Bestandteile bzw.
Atome liegen hierbei im Wesentlichen über Einfachbindungen verknüpft vor; es kann jedoch auch möglich sein, dass zu einem geringen Teil Mehrfachbindungen, d.h. Doppel- bzw. Dreifachbindungen, zwischen den vorgenannten Atomen ausgebildet sind. In the context of the present invention, a lower alkane is understood to mean an organic compound of carbon which essentially contains carbon, hydrogen and optionally oxygen, nitrogen, sulfur and / or phosphorus, in particular consists of these. The aforementioned components or Atoms are essentially linked via single bonds; however, it can also be possible that to a small extent multiple bonds, ie double or triple bonds, are formed between the aforementioned atoms.
Im Hinblick auf die Anzahl der in den erfindungsgemäß beanspruchten niederen Alkanen enthaltenen Kohlenstoffatome liegt diese insbesondere in einem Bereich von 1 bis 20 Kohlenstoff-Atomen, insbesondere 1 bis 15, vorzugsweise 1 bis 12, Kohlenstoff-Atomen. Die molekulare Struktur der Alkane kann sowohl linear als auch ver- zweigt sein. Erfindungsgemäß bevorzugt wird es weiterhin, wenn die niederen Alkane unter Standardbedingungen, d.h. Raumtemperatur und Normal- bzw. Atmosphärendruck, gasförmig oder flüssig, insbesondere flüssig, vorliegen. With regard to the number of carbon atoms contained in the lower alkanes claimed according to the invention, this is in particular in a range from 1 to 20 carbon atoms, in particular 1 to 15, preferably 1 to 12, carbon atoms. The molecular structure of the alkanes can be either linear or branched. It is also preferred according to the invention if the lower alkanes are present under standard conditions, i.e. room temperature and normal or atmospheric pressure, in gaseous or liquid, in particular liquid, form.
Hierbei hat es sich speziell bewährt, wenn die gasförmigen bzw. in den gasförmigen Zustand überführbaren Bestandteile, insbesondere Kohlendioxid, Wasserdampf und/oder niedere Alkane, vorzugsweise niedere Alkane, in dem Treibmittel verkapselt vorliegen. It has proven particularly useful if the gaseous constituents or constituents which can be converted into the gaseous state, in particular carbon dioxide, water vapor and / or lower alkanes, preferably lower alkanes, are encapsulated in the propellant.
In diesem Sinne wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevor- zugt, wenn das Treibmittel in Form von expandierbaren Polymerpartikeln, insbesondere Mikrohohlpartikeln, vorliegt. Hierbei ist es weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass die expandierbaren Polymerpartikel, insbesondere Mikrohohlpartikel, die gasförmigen bzw. in den gasförmigen Zustand überführbaren Bestandteile, vorzugsweise Kohlendioxid, Wasserdampf und/oder niedere Alkane, bevorzugt niedere Al- kane, enthalten, insbesondere verkapseln. In this sense, it is particularly preferred in the context of the present invention if the blowing agent is in the form of expandable polymer particles, in particular hollow micro-particles. It is furthermore preferably provided that the expandable polymer particles, in particular hollow micro-particles, contain, in particular encapsulate, the gaseous or gaseous constituents, preferably carbon dioxide, water vapor and / or lower alkanes, preferably lower alkanes.
Erfindungsgemäß wird es weiterhin bevorzugt, wenn das T reibmittel die gasförmigen bzw. in den gasförmigen Zustand überführbaren Bestandteile, insbesondere Kohlendioxid, Wasserdampf und/oder niedere Alkane, vorzugsweise niedere Alkane, frei- setzt, insbesondere unter erhöhten Temperaturen. According to the invention, it is further preferred if the propellant releases the gaseous or gaseous constituents, in particular carbon dioxide, water vapor and / or lower alkanes, preferably lower alkanes, in particular at elevated temperatures.
Hierbei werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn das Treibmittel, insbesondere die expandierbaren Polymerpartikel, vorzugsweise Mikrohohlpartikel, die gasförmigen bzw. in den gasförmigen Zustand überführbaren Bestandteile, vorzugsweise Kohlendioxid, Wasserdampf und/oder niedere Alkane, bevorzugt niedere Alkane, bei Temperaturen in einem Bereich von
mehr als 115 °C, insbesondere mehr als 120 °C, vorzugsweise mehr als 125 °C, freisetzt. In the context of the present invention, particularly good results are obtained if the blowing agent, in particular the expandable polymer particles, preferably hollow micro-particles, the gaseous or convertible into the gaseous state components, preferably carbon dioxide, steam and / or lower alkanes, preferably lower alkanes Temperatures in the range of more than 115 ° C, in particular more than 120 ° C, preferably more than 125 ° C, releases.
Unter den erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten expandierbaren Polymerparti- kein bzw. Mikrohohlpartikeln werden dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung thermoplastische Sphären bzw. Mikrohohlkugeln verstanden, die ein Gas bzw. die vorgenannten gasförmigen bzw. in den gasförmigen Zustand überführbaren Bestandteile umschließen bzw. enthalten. Unter der Zufuhr von Wärme dehnen sich die in den kugelförmigen expandierbaren Polymerpartikeln eingeschlossenen Bestand- teile bzw. Substanzen aus und wechseln gegebenenfalls mit zunehmender Temperatur sukzessive vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand. In the context of the present invention, the expandable polymer particles or hollow micro particles preferably used according to the invention are understood to mean thermoplastic spheres or hollow microspheres which enclose or contain a gas or the aforementioned gaseous or gaseous constituents. When heat is supplied, the constituents or substances enclosed in the spherical expandable polymer particles expand and, if necessary, change gradually from the liquid to the gaseous state of aggregation with increasing temperature.
Durch den sich so aufbauenden Druck und die Wärmezufuhr weicht die Polymerpartikelhülle an und weitet sich auf, so dass in Folge der Expansion der verkapselten Substanz auch eine Expansion, sowie insbesondere auch teilweise Auflösung bzw. Zerstörung, der Polymerhülle stattfindet. Hierdurch kommt es schließlich zu einer deutlichen Volumensteigerung des die Polymerpartikel umgebenden nachwachsenden Rohstoffs, welcher durch die Freisetzung der verkapselten Bestandteile aus den Partikeln letztlich auftreibt und Schaumstrukturen ausbildet. As a result of the pressure building up in this way and the supply of heat, the polymer particle shell softens and expands, so that as a result of the expansion of the encapsulated substance there is also an expansion, and in particular also partial dissolution or destruction of the polymer shell. This ultimately leads to a significant increase in the volume of the renewable raw material surrounding the polymer particles, which ultimately floats up through the release of the encapsulated constituents from the particles and forms foam structures.
Die bevorzugte Verwendung von expandierbaren Polymerpartikeln im Rahmen der vorliegenden Erfindung erlaubt dabei insbesondere eine genaue Dosierung des Treibmittels und trägt maßgeblich zur Ausbildung von insbesondere feinzeiligen sowie geschlossenzelligen Schäumen bei. The preferred use of expandable polymer particles in the context of the present invention allows, in particular, precise metering of the blowing agent and contributes significantly to the formation of, in particular, fine-celled and closed-cell foams.
Erfindungsgemäß hat es sich hierbei insbesondere bewährt, wenn das Treibmittel, insbesondere die expandierbaren Polymerpartikel, vorzugsweise Mikrohohlpartikel, als gasförmige bzw. in den gasförmigen Zustand überführbare Bestandteile niedere Alkane ausgewählt aus der Gruppe von linearen und/oder verzweigten Propanen, Butanen, Pentanen, Hexanen, Heptanen, Octanen, Nonanen und deren Mischungen, insbesondere verzweigten Pentanen, Hexanen, Heptanen, Octanen und deren Mischungen, vorzugsweise 2,2,4-Trimethylpentan, 2-Methybutan und deren Mischungen, enthält. Im Hinblick auf die weitere Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Granulats hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Granulat Wasser enthält.
Für den Fall, dass Wasser im erfindungsgemäßen expandierbaren Granulat enthalten ist, hat es sich weiterhin bewährt, wenn das Granulat Wasser in Mengen von 5 bis 20 Gew.%, insbesondere 6 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.%, bezo- gen auf die Gesamtgranulatzusammensetzung, enthält. According to the invention, it has proven particularly useful if the blowing agent, in particular the expandable polymer particles, preferably hollow micro-particles, are lower alkanes selected from the group of linear and / or branched propanes, butanes, pentanes, hexanes, as gaseous or convertible components into the gaseous state, Heptanes, octanes, nonanes and mixtures thereof, in particular branched pentanes, hexanes, heptanes, octanes and mixtures thereof, preferably 2,2,4-trimethylpentane, 2-methybutane and mixtures thereof. With regard to the further composition of the granules according to the invention, it has also proven to be advantageous in the context of the present invention if the granules contain water. In the event that water is contained in the expandable granules according to the invention, it has also proven useful if the granules are based on water in amounts of 5 to 20% by weight, in particular 6 to 15% by weight, preferably 8 to 12% by weight - gene on the total granulate composition contains.
Wenn das Granulat Wasser, insbesondere in den vorgenannten bevorzugten Mengen enthält, so hat es sich erfindungsgemäß besonders bewährt, wenn die Menge des nachwachsenden Rohstoffes angepasst, insbesondere geringfügig gesenkt, wird. Dazu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Granulat den nachwachsenden Rohstoff in Mengen von 70 bis 95 Gew.%, insbesondere 75 bis 94 Gew.%, vorzugsweise 80 bis 92 Gew.%, bezogen auf die Gesamtgranulatzusammensetzung, enthält. Erfindungsgemäß ist das im Granulat enthaltene Wasser dabei insbesondere in Form von Feuchtigkeit bzw. als Restfeuchte in der Stärke bzw. durch diese gebunden bzw. in dieser eingelagert. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere überraschend sowie ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass das erfindungsgemäße expandierbare Granulat unabhängig von seinem Wassergehalt eine hohe Haltbarkeit aufweist, d.h. über mehrere Wochen stabil unter normalen raumklimatischen Bedingungen lagerbar ist, und gleichsam seine Funktionalität, d.h. seine Expansionsfähigkeit, nicht einbüßt. If the granulate contains water, in particular in the aforementioned preferred amounts, it has proven particularly useful in accordance with the invention if the amount of the renewable raw material is adjusted, in particular slightly reduced. For this purpose, it has proven to be advantageous if the granulate contains the renewable raw material in amounts of 70 to 95% by weight, in particular 75 to 94% by weight, preferably 80 to 92% by weight, based on the total granulate composition. According to the invention, the water contained in the granulate is in particular in the form of moisture or as residual moisture in the starch or bound by it or stored in it. In this context, it is particularly surprising and an essential advantage of the present invention that the expandable granulate according to the invention has a long shelf life regardless of its water content, ie can be stored in a stable manner over several weeks under normal room climatic conditions, and at the same time its functionality, ie its expandability, not forfeit.
Weiterhin wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere beobachtet, dass gerade unter Zusatz von Wasser eine bessere und noch effizientere Verschäumung bzw. Expansion des erfindungsgemäßen Granulats erreicht werden kann. In diesem Sinne kann davon ausgegangen werden, dass - ohne sich auf diese Theorie festlegen zu wollen - das dem Granulat zugesetzte Wasser als eine Art Co-Treib- mittel wirkt. Furthermore, it was observed in particular within the scope of the present invention that, precisely with the addition of water, better and even more efficient foaming or expansion of the granulate according to the invention can be achieved. In this sense it can be assumed that - without wishing to be bound by this theory - the water added to the granulate acts as a kind of co-blowing agent.
Weiterhin kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die Zusammensetzung des expandierbaren Granulats vorgesehen sein, dass das Granulat, insbesondere biogene und/oder biologisch abbaubare, Additive, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe von Verarbeitungshilfsmitteln, Weichmachern, Här- tungsmittel, Stabilisatoren, Konservierungsmitteln, Farbstoffen oder deren Mischungen enthält.
Hierbei ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass sämtliche Additive auf Basis natürlicher, biologisch abbaubarer Rohstoffe erhältlich sind bzw. hieraus bestehen, so dass das erhaltene Granulat insgesamt weiterhin heimkompostiert werden kann. Erfindungsgemäß können die verwendeten Additive dabei ausgewählt sein aus Fettsäureestern, Polyvinylalkoholen, insbesondere aus nachwachsenden Rohstoffen, Sorbitol, Malzmehl, und deren Mischungen. Furthermore, it can be provided in the context of the present invention with regard to the composition of the expandable granules that the granules, in particular biogenic and / or biodegradable additives, in particular selected from the group of processing aids, plasticizers, hardeners, stabilizers, preservatives , Dyes or mixtures thereof. In the context of the present invention, it is preferably provided that all additives based on natural, biodegradable raw materials are obtainable or consist of them, so that the granules obtained can continue to be composted at home overall. According to the invention, the additives used can be selected from fatty acid esters, polyvinyl alcohols, in particular from renewable raw materials, sorbitol, malt flour, and mixtures thereof.
In diesem Zusammenhang hat es sich weiterhin bewährt, wenn das Granulat die Additive in Mengen von 0 bis 5 Gew.%, bezogen auf die Gesamtgranulatzusammen- Setzung, enthält. In this context, it has also proven useful if the granulate contains the additives in amounts of 0 to 5% by weight, based on the total granulate composition.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann es, insbesondere im Hinblick auf die Feststoffkomponenten, vorgesehen sein, dass das Granulat According to a preferred embodiment of the present invention, it can be provided, in particular with regard to the solid components, that the granulate
(i) einen nachwachsenden Rohstoff, insbesondere in Mengen von 85 bis 99,9 Gew.%, und (i) a renewable raw material, in particular in amounts of 85 to 99.9% by weight, and
(ii) ein partikuläres physikalisches Treibmittel, insbesondere in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.%, und (ii) a particulate physical blowing agent, in particular in amounts of 0.1 to 10% by weight, and
(iii) gegebenenfalls Additive, insbesondere in Mengen von 0 bis 5 Gew.%, bezogen auf die Gesamtgranulatzusammensetzung, enthält. (iii) if appropriate, contains additives, in particular in amounts of 0 to 5% by weight, based on the total granulate composition.
Für diese bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelten dabei alle vorgenannten Vorteile, Besonderheiten und weitere Ausführungen entsprechend. Im Hinblick auf seine physikalische Beschaffenheit kann das erfindungsgemäße Granulat vielfältig gestaltet sein bzw. werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es jedoch besonders bevorzugt, wenn das Granulat ein Volumen im Bereich von 40 bis 65 mm3, insbesondere 45 bis 60 mm3, vorzugsweise 45 bis 55 mm3, bezogen auf die einzelnen Granulatpartikel, aufweist. Erfindungsgemäß wird es für die die Bestimmung des Volumens des Granulats bevorzugt, wenn entsprechend der Form des Granulats zunächst ein idealisierter Körper, wie bspw. etwa eine Kugel oder ein Ellipsoid, zu Grunde gelegt und das Granulat dann so vermessen wird, dass auf Basis der gemessenen relevanten Werte, d.h. bspw. Durchmesser, Seitenlän-
gen, Höhen, Breiten oder Tiefen, das Volumen des Granulats anhand von im Allgemeinen bekannten Formeln für bspw. Kugeln oder Ellipsoide berechnet werden kann. Darüber hinaus werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn das Granulat ein Expansionsvermögen in einem Bereich vom 2 bis 7-fachen, insbesondere 2,5 bis 6,5-fachen, vorzugsweise 2,75 bis 6-fachen seines ursprünglichen Volumens aufweist. Dementsprechend ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das Granulat im expandierten Zustand ein Volumen im Bereich von 100 bis 350 mm3, insbesondere 110 bis 330 mm3, vorzugsweise 120 bis 310 mm3, bezogen auf die einzelnen Granulatpartikel, aufweist. Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat es sich, insbesondere im Hinblick auf Wasser-enthaltende Granulatzusammensetzungen, außerdem speziell bewährt, wenn das Granulat For these preferred embodiments of the present invention, all of the aforementioned advantages, special features and further explanations apply accordingly. With regard to its physical nature, the granulate according to the invention can be designed or can be varied. In the context of the present invention, however, it is particularly preferred if the granulate has a volume in the range from 40 to 65 mm 3 , in particular 45 to 60 mm 3 , preferably 45 to 55 mm 3 , based on the individual granulate particles. According to the invention it is preferred for the determination of the volume of the granulate if, according to the shape of the granulate, first an idealized body, such as a sphere or an ellipsoid, is taken as the basis and the granulate is then measured in such a way that based on the measured relevant values, i.e. e.g. diameter, side length genes, heights, widths or depths, the volume of the granulate can be calculated using generally known formulas for, for example, spheres or ellipsoids. In addition, particularly good results are achieved within the scope of the present invention if the granulate has an expansion capacity in a range from 2 to 7 times, in particular 2.5 to 6.5 times, preferably 2.75 to 6 times its original volume having. Accordingly, within the scope of the present invention it is preferably provided that the granulate in the expanded state has a volume in the range from 100 to 350 mm 3 , in particular 110 to 330 mm 3 , preferably 120 to 310 mm 3 , based on the individual granulate particles. In the context of a further preferred embodiment of the present invention, it has also proven particularly useful, in particular with regard to water-containing granulate compositions, if the granulate
(i) einen nachwachsenden Rohstoff, insbesondere in Mengen von 70 bis 95 Gew.%, (i) a renewable raw material, in particular in amounts of 70 to 95% by weight,
(ii) ein partikuläres physikalisches Treibmittel, insbesondere in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.%, (iii) Wasser, insbesondere in Mengen von 5 bis 20 Gew.%, bezogen auf die Gesamtgranulatzusammensetzung, enthält, insbesondere hieraus besteht. Gemäß einer noch weiter bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung hat es sich weiterhin, insbesondere im Hinblick auf Wasser-enthaltende Granulatzusammensetzungen, als vorteilhaft erwiesen, wenn das Granulat (ii) contains, in particular consists of, a particulate physical blowing agent, in particular in amounts of 0.1 to 10% by weight, (iii) water, in particular in amounts of 5 to 20% by weight, based on the total granulate composition. According to an even further preferred embodiment of the present invention, it has furthermore proven to be advantageous, in particular with regard to water-containing granulate compositions, if the granulate
(i) einen nachwachsenden Rohstoff, insbesondere in Mengen von 70 bis 95 Gew.%, (i) a renewable raw material, in particular in amounts of 70 to 95% by weight,
(ii) ein partikuläres physikalisches Treibmittel, insbesondere in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.%, (iii) Wasser, insbesondere in Mengen von 5 bis 20 Gew.% (ii) a particulate physical blowing agent, in particular in amounts of 0.1 to 10% by weight, (iii) water, in particular in amounts of 5 to 20% by weight
(iv) Additive, insbesondere in Mengen von 0 bis 5 Gew.%,
bezogen auf die Gesamtgranulatzusammensetzung, enthält, insbesondere hieraus besteht. Für diese bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelten dabei alle vorgenannten Vorteile, Besonderheiten und weitere Ausführungen entsprechend. (iv) additives, in particular in amounts of 0 to 5% by weight, based on the total granular composition, contains, in particular consists of it. For these preferred embodiments of the present invention, all of the aforementioned advantages, special features and further explanations apply accordingly.
Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das Granulat, insbesondere zumindest im Wesentlichen, frei ist von synthetischen, insbesondere hydrophoben, Polymeren und/oder Kunststoffen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist hierunter insbesondere zu verstehen, dass dem erfindungsgemäßen Granulat mit Ausnahme des partikulären Treibmittels, welches zudem einen vergleichsweise geringen Anteil des Granulats ausmacht, vorzugsweise keine synthetischen Polymere oder Kunststoffe zugesetzt werden. Insbesondere der nachwachsende Rohstoff im Granulat ist hierbei bevorzugt gänzlich frei von Zusätzen auf Kunststoffbasis und weist vorzugsweise auch keine hydrophobe Modifikation auf Basis entsprechender Polymere auf. Somit soll erfindungsgemäß sichergestellt werden, dass das Granulat zuverlässig bioabbaubar, insbesondere heimkompostier- bar, ist. Furthermore, it is preferably provided within the scope of the present invention that the granulate is, in particular at least substantially, free of synthetic, in particular hydrophobic, polymers and / or plastics. In the context of the present invention, this is to be understood in particular that the granulate according to the invention, with the exception of the particulate blowing agent, which also makes up a comparatively small proportion of the granulate, preferably no synthetic polymers or plastics are added. In particular, the renewable raw material in the granulate is preferably completely free of additives based on plastic and preferably also has no hydrophobic modification based on corresponding polymers. According to the invention, it should thus be ensured that the granulate is reliably biodegradable, in particular can be composted at home.
Erfindungsgemäß wird dabei unter einem synthetischen bzw. hydrophoben Polymer bzw. Kunststoff insbesondere ein derartiges Material verstanden, dass aus nichterneuerbaren oder auch aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden kann, jedoch nicht gänzlich natürlichen Ursprungs ist, wie es beispielsweise für Polyethylen (PE) oder Polyethylenterephthalat (PET), oder mit diesen verwandten Kunststoffen, der Fall ist. According to the invention, a synthetic or hydrophobic polymer or plastic is understood to mean in particular a material that can be obtained from non-renewable or renewable raw materials, but is not entirely of natural origin, as is the case, for example, for polyethylene (PE) or polyethylene terephthalate (PET ), or with these related plastics.
Schließlich hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf das erfindungsgemäße Granulat besonders bewährt, wenn das Granulat mittels Compoundierung, insbesondere mittels eines, vorzugsweise kontinuierlichen, Extrusionsprozesses, erhältlich ist. Finally, in the context of the present invention, with regard to the granulate according to the invention, it has proven particularly useful if the granulate can be obtained by means of compounding, in particular by means of a preferably continuous extrusion process.
Es zeigen die Figurendarstellungen gemäß It shows the figure representations according to
Fig. 1A einen erfindungsgemäßen Schaumkörper aus dem expandierbaren Granulat nach der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht;
Fig. 1 B einen erfindungsgemäßen Schaumkörper aus dem expandierbaren Granulat nach der vorliegenden Erfindung mit Blick auf dessen Unterseite;1A shows a foam body according to the invention made from the expandable granulate according to the present invention in plan view; 1B shows a foam body according to the invention made from the expandable granulate according to the present invention with a view of its underside;
Fig. 1C einen erfindungsgemäßen Schaumkörper aus dem expandierbaren Granulat nach der vorliegenden Erfindung in der Seitenansicht mit Blick auf die Oberseite; 1C shows a foam body according to the invention made from the expandable granulate according to the present invention in a side view with a view of the upper side;
Fig. 1 D einen erfindungsgemäßen Schaumkörper aus dem expandierbaren Granulat nach der vorliegenden Erfindung in der Seitenansicht mit Blick auf die Unterseite; 1 D shows a foam body according to the invention made from the expandable granulate according to the present invention in a side view with a view of the underside;
Fig. 2A einen erfindungsgemäßen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff und "Unicell MS 190 D" als partikulärem Treibmittel; 2A shows a foam body according to the invention based on potato starch as a renewable raw material and "Unicell MS 190 D" as a particulate blowing agent;
Fig. 2B einen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff und "Fleco® Foam 900 C" als Treibmittel als Vergleichsbeispiel;2B is a foamed body based on potato starch as a renewable raw material and "Fleco ® Foam 900 C" as a blowing agent as a comparative example.
Fig. 2C einen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff und "Urea 46% N" als Treibmittel als Vergleichsbeispiel; 2C shows a foam body based on potato starch as a renewable raw material and "Urea 46% N" as a blowing agent as a comparative example;
Fig. 2D einen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff und einem 1 :1 -Gemisch von "Fleco® Foam 900 C" und "Urea 46% N" als Treibmittel als Vergleichsbeispiel; FIG. 2D is a foam body on the basis of potato starch as a renewable raw material and a 1: 1 mixture of "Fleco ® Foam 900 C" and "Urea 46% N" as a blowing agent as a comparative example;
Fig. 2E einen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff und einem 1 :6-Gemisch von "Fleco® Foam 900 C" und "Urea 46% N" als Treibmittel als Vergleichsbeispiel; FIG. 2E a foam body on the basis of potato starch as a renewable raw material and a 1: 6 mixture of "Fleco ® Foam 900 C" and "Urea 46% N" as a blowing agent as a comparative example;
Fig. 2F einen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff und einem 6:1 -Gemisch von "Fleco® Foam 900 C" und "Urea 46% N" als Treibmittel als Vergleichsbeispiel; Fig 2F a foam body on the basis of potato starch as a renewable raw material and a. 6: 1 mixture of "Fleco ® Foam 900 C" and "Urea 46% N" as a blowing agent as a comparative example;
Fig. 3A einen erfindungsgemäßen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff mit "Poval LM-20"-Polyvinylalkohol als Additiv; 3A shows a foam body according to the invention based on potato starch as a renewable raw material with "Poval LM-20" polyvinyl alcohol as an additive;
Fig. 3B einen erfindungsgemäßen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff mit "Poval LM-30"-Polyvinylalkohol als Additiv; 3B shows a foam body according to the invention based on potato starch as a renewable raw material with "Poval LM-30" polyvinyl alcohol as an additive;
Fig. 3C einen erfindungsgemäßen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff mit Sorbitol als Additiv;
Fig. 4A einen Vergleichs-Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff, der mittels eines bereits expandierten Granulats erzeugt wurde; 3C shows a foam body according to the invention based on potato starch as a renewable raw material with sorbitol as an additive; 4A shows a comparative foam body based on potato starch as a renewable raw material, which was produced by means of an already expanded granulate;
Fig. 4B einen erfindungsgemäßen Schaumkörper auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff der aus einem erfindungsgemäßen, nicht- vorexpandierten Granulat erzeugt wurde; 4B shows a foam body according to the invention based on potato starch as a renewable raw material which was produced from a non-pre-expanded granulate according to the invention;
Fig. 5 beispielhafte sowie erfindungsgemäße expandierbare Granulate im Vergleich, sowohl im nichtexpandierten als auch im expandierten Zustand;5 a comparison of exemplary and inventive expandable granules, both in the non-expanded and in the expanded state;
Fig. 6 Mikroskopieaufnahmen der Schaumzellenstruktur von Schaumkörpern auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff ohne Treibmittel (A), mit "Urea 46% N" als Treibmittel (B) oder erfindungsgemäß mit "Unicell MS 190 D" als partikulärem physikalischem Treibmittel (C);6 micrographs of the foam cell structure of foam bodies based on potato starch as a renewable raw material without propellant (A), with "Urea 46% N" as propellant (B) or according to the invention with "Unicell MS 190 D" as particulate physical propellant (C);
Fig. 7 Mikroskopieaufnahmen der Schaumzellenstruktur im Randbereich von erfindungsgemäßen Schaumkörpern auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff und "Unicell MS 190 D" bzw. "Tracel MB 121 FG" als partikulärem physikalischem Treibmittel; 7 microscopic recordings of the foam cell structure in the edge area of foam bodies according to the invention based on potato starch as a renewable raw material and "Unicell MS 190 D" or "Tracel MB 121 FG" as a particulate physical blowing agent;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines mehrteiligen Schaumkörpers, welcher durch einfache Verklebung zweier Seitenflächen miteinander erhalten werden kann; 8 shows a schematic representation of a multi-part foam body which can be obtained by simply gluing two side surfaces to one another;
Fig. 9 einen Überblick über das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schaumkörpern aus einem expandierbaren Granulat nach der vorliegenden Erfindung; Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z w e i t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein Verfahren zur Herstellung eines, insbesondere erfindungsgemäßen, expandierbaren Granulats, wobei das Granulat mittels Compoundierung eines nachwachsenden Rohstoffs und eines partikulären physikalischen Treibmittels, insbesondere mittels eines, vorzugsweise kontinuierlichen, Extrusionsprozesses eines nachwachsenden Rohstoffs und eines partikulären physikalischen Treibmittels, hergestellt wird. 9 shows an overview of the method according to the invention for producing foam bodies from an expandable granulate according to the present invention; Another object of the present invention - according to a second aspect of the present invention - is a method for producing a, in particular inventive, expandable granulate, wherein the granulate by compounding a renewable raw material and a particulate physical blowing agent, in particular by means of a, preferably continuous, extrusion process renewable raw material and a particulate physical blowing agent.
Erfindungsgemäß hat es sich dabei insbesondere bewährt, wenn die Compoundierung, insbesondere der Extrusionsprozess, bei Temperaturen von weniger als 140 °C, insbesondere weniger als 130 °C, vorzugsweise weniger als 120 °C, durchgeführt wird.
Noch weiter bevorzugt wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die Compoundierung, insbesondere der Extrusionsprozess, bei Temperaturen in einem Bereich von 40 bis 140 °C, insbesondere 60 bis 130 °C, vorzugsweise 70 bis 120 °C, durchgeführt wird. According to the invention, it has proven particularly useful if the compounding, in particular the extrusion process, is carried out at temperatures of less than 140.degree. C., in particular less than 130.degree. C., preferably less than 120.degree. It is even more preferred in the context of the present invention if the compounding, in particular the extrusion process, is carried out at temperatures in a range from 40 to 140.degree. C., in particular 60 to 130.degree. C., preferably 70 to 120.degree.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es somit also insbesondere vorgesehen, dass die Compoundierung, insbesondere der Extrusionsprozess, bei vergleichsweise moderaten Temperaturen durchgeführt wird, was speziell den Vorteil hat, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens auf insbesondere energieeffiziente Weise ein expandierbares Granulat hergestellt werden kann, sodass auch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung unter Umweltaspekten als positiv bewertet werden kann. Darüber hinaus kann bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei den bevorzugten vorgenannten Temperaturen sichergestellt werden, dass eine vorzeitige Expansion des expandierbaren Granulats, insbesondere des partikulären physikalischen Treibmittels, ausbleibt bzw. nicht erfolgt, wobei diese erfindungsgemäß im Rahmen des Herstellungsverfahrens auch nicht erwünscht ist. Vielmehr ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere vorgesehen, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein derartiges Granulat erhalten wird, das noch expansionsfähig ist und dementsprechend eine insbesondere kompakte und dichte innere Struktur aufweist, welche sich weiterhin durch eine vorzugsweise gleichmäßige und abgeschlossene Außenoberfläche auszeichnet. In the context of the present invention, it is therefore provided in particular that the compounding, in particular the extrusion process, is carried out at comparatively moderate temperatures, which has the particular advantage that, in the context of the production method according to the invention, an expandable granulate can be produced in a particularly energy-efficient manner, so that the method according to the present invention can also be assessed as positive from an environmental point of view. In addition, when carrying out the method according to the invention at the preferred aforementioned temperatures, it can be ensured that premature expansion of the expandable granulate, in particular the particulate physical blowing agent, does not occur or does not occur, although this is also not desirable according to the invention in the context of the manufacturing process. Rather, within the scope of the present invention, it is particularly provided that the method according to the invention gives such a granulate that is still expandable and accordingly has a particularly compact and dense internal structure, which is also characterized by a preferably uniform and closed outer surface.
Demgegenüber ist es im Stand der Technik üblicherweise vorgesehen, dass vergleichbare, bspw. stärkehaltige, Zusammensetzungen direkt im Zuge des Extrusionsprozesses bzw. der Compoundierung verschäumt werden. Hierdurch wird allerdings die Flexibilität des Schäumprozesses bzw. der mit dem Schaumprozess zu- gänglichen Erzeugnisse erheblich eingeschränkt, da regelmäßig nur dünne Schaumplatten oder -stränge erhalten werden können. In contrast, the prior art usually provides that comparable, for example starch-containing, compositions are foamed directly in the course of the extrusion process or compounding. However, this considerably limits the flexibility of the foaming process or of the products accessible with the foaming process, since only thin foam sheets or strands can regularly be obtained.
Diesen Nachteil überwindet die vorliegende Erfindung auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere dadurch, dass das erfindungsgemäße expandierbare Granulat im Rahmen der Compoundierung bzw. insbesondere des Extrusionsprozesses noch nicht expandiert bzw. verschäumt, sondern lediglich extrudiert und
granuliert wird. Dies ist insbesondere nicht selbstverständlich, da speziell das Unterdrücken einer vorzeitigen Verschäumung besondere prozesstechnische Ansprüche an den Extrusions- und Granulierungsschritt stellt, insbesondere im Hinblick auf die hierbei angewandten Temperaturen und Drücke. The present invention overcomes this disadvantage on the basis of the method according to the invention in particular in that the expandable granulate according to the invention does not yet expand or foam in the course of the compounding or in particular the extrusion process, but merely extrudes and is granulated. In particular, this is not a matter of course, since the suppression of premature foaming places particular process engineering demands on the extrusion and granulation step, in particular with regard to the temperatures and pressures used here.
Die vorliegende Erfindung macht es sich insbesondere zum Vorteil, dass sie anstelle einer direkten Verschäumung im Rahmen der Compoundierung bzw. des Extrusionsprozesses auf ein flexibleres, mehrstufiges Verfahren setzt, im Rahmen dessen zunächst ein expandierbares Granulat hergestellt wird, welches dann beliebig zu ei- nem späteren Zeitpunkt expandiert werden kann, beispielsweise insbesondere zu Schaumkörpern, deren Form, Geometrie, Struktur sowie Eigenschaften dann entsprechend bedarfsgerecht variabel eingestellt und aufgesetzt werden können. The present invention makes it particularly advantageous that instead of direct foaming as part of the compounding or extrusion process, it relies on a more flexible, multi-stage process in which an expandable granulate is first produced, which can then be used later as desired Time can be expanded, for example in particular to foam bodies, the shape, geometry, structure and properties of which can then be set and placed in a variable manner as required.
Hierbei hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bewährt, wenn die Compoundierung, insbesondere der Extrusionsprozess, in einem Extruder durchgeführt wird. Im Hinblick auf die Wahl des Extruders können erfindungsgemäß die dem Fachmann üblicherweise geläufigen Extruder, d.h. bspw. Schneckenextruder, Doppelschneckenextruder oder auch Planetwalzenextruder, verwendet werden. Besonders bevorzugt wird es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens je- doch, wenn die Compoundierung, insbesondere der Extrusionsprozess, in einem Doppelschneckenextruder durchgeführt wird. In the context of the present invention, it has proven particularly useful if the compounding, in particular the extrusion process, is carried out in an extruder. With regard to the choice of the extruder, it is possible according to the invention to use the extruders customarily known to the person skilled in the art, i.e. for example screw extruders, twin-screw extruders or planetary roller extruders. In the context of the process according to the invention, however, it is particularly preferred if the compounding, in particular the extrusion process, is carried out in a twin-screw extruder.
Im Hinblick auf den Verfahrensablauf kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel voneinander getrennt bereit- gestellt und/oder separat voneinander in den Extruder eingebracht werden. Gleichfalls ist es bevorzugt auch möglich, dass eine Trockenmischung des Rohstoffs und des Treibmittels bereitgestellt wird und/oder der Rohstoff und das Treibmittel gemeinsam in den Extruder eingebracht werden. Die Verwendung einer Trockenmischung hat dabei den Vorteil, dass diese vorab, und insbesondere auch auf Vorrat, hergestellt werden kann, sodass über mehrere Chargen hinweg mit wenig Aufwand im Vorfeld eine gleichbleibende Granulatzusammensetzung und -qualität erreicht werden kann. With regard to the process sequence, it can be provided according to the invention that the renewable raw material and the blowing agent are provided separately from one another and / or are introduced into the extruder separately from one another. Likewise, it is preferably also possible for a dry mixture of the raw material and the blowing agent to be provided and / or for the raw material and the blowing agent to be introduced into the extruder together. The use of a dry mix has the advantage that it can be prepared in advance, and in particular also in stock, so that a constant granulate composition and quality can be achieved in advance over several batches with little effort.
Hierbei hat es sich für das erfindungsgemäße Verfahren als vorteilhaft erwiesen, wenn der nachwachsende Rohstoff in partikulärer Form bereitgestellt wird, insbesondere in Form von Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße in einem Bereich von 10 bis 100 pm, vorzugsweise 20 bis 70 pm.
Auch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das Treibmittel in Form von Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße in einem Bereich von 15 bis 45 gm, insbesondere 20 bis 30 gm, vorzugsweise 25 bis 35 gm, bereitgestellt wird. It has proven to be advantageous for the method according to the invention if the renewable raw material is provided in particulate form, in particular in the form of particles with an average particle size in a range from 10 to 100 μm, preferably 20 to 70 μm. It is also preferably provided within the scope of the present invention that the propellant is provided in the form of particles with an average particle size in a range from 15 to 45 μm, in particular 20 to 30 μm, preferably 25 to 35 μm.
Es werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung außerdem besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel in einem gewichtsbezogenen Verhältnis von nachwachsendem Rohstoff zu Treibmittel in ei- nem Bereich von 10:1 bis 100:0,1 , insbesondere 20:1 bis 100:0,5, vorzugsweise 25:1 bis 100:1 , bereitgestellt bzw. miteinander gemischt werden. In the context of the present invention, particularly good results are also obtained when the renewable raw material and the propellant are in a weight ratio of renewable raw material to propellant in a range from 10: 1 to 100: 0.1, in particular 20: 1 to 100: 0.5, preferably 25: 1 to 100: 1, provided or mixed with one another.
Im Hinblick auf den Prozessablauf hat es sich für das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere unabhängig von der Art und Weise des Bereitstellens und Einbringens von Rohstoff und Treibmittel, bewährt, wenn der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel in dem Extruder kontinuierlich miteinander vermischt werden, insbesondere in eine homogene Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, überführt werden. With regard to the process sequence, it has proven useful for the method according to the invention, in particular regardless of the way in which the raw material and blowing agent is provided and introduced, if the renewable raw material and the blowing agent are continuously mixed with one another in the extruder, in particular into a homogeneous one Mixture, preferably powder mixture, are transferred.
Erfindungsgemäß wird unter einer homogenen Mischung, bspw. einer Pulvermi- schung aus nachwachsendem Rohstoff und partikulärem Treibmittel, insbesondere eine derartige Mischung verstanden, in welcher die Mischungsbestandteile in hohem Maße gleichmäßig verteilt vorliegen. Insbesondere weisen solche Mischungen vorzugsweise keine unterschiedlichen Ortskonzentrationen der einzelnen Bestandteile auf. According to the invention, a homogeneous mixture, for example a powder mixture of renewable raw material and particulate propellant, is understood in particular as a mixture in which the mixture constituents are present in a highly uniformly distributed manner. In particular, such mixtures preferably do not have any different local concentrations of the individual constituents.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann es nun weiterhin vorgesehen sein, dass der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel, insbesondere deren homogene Pulvermischung, in dem Extruder mit Wasser versetzt, insbesondere damit zu einer, insbesondere viskosen bzw. pastösen, Mischung umgesetzt, werden. For the method according to the invention, it can now also be provided that the renewable raw material and the blowing agent, in particular their homogeneous powder mixture, are mixed with water in the extruder, in particular converted into a, in particular viscous or pasty, mixture.
Die erhaltene, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung aus nachwachsendem Rohstoff, Wasser und partikulärem T reibmittel kann - ohne sich hierauf beschränken zu wollen - auch als Dispersion aufgefasst werden, wobei der nachwachsende Rohstoff, wie bspw. Stärke, und Wasser als homogene Mischung das Dispersionsme- dium bilden und das partikuläre T reibmittel die disperse Phase darstellt. Es wird dementsprechend unter einer Dispersion im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbe-
sondere ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen verstanden. Unlösliche Bestandteile bzw. Stoffe, wie bspw. das eingesetzte partikuläre Treibmittel und/oder weitere gegebenenfalls zugesetzte Additive, welche auch als disperse Phase bezeichnet werden können, liegen fein in einem weiteren, insbesondere kon- tinuierlichen Stoff bzw. Stoffgemisch verteilt vor, welcher bzw. welches im Rahmen der vorliegenden Erfindung bspw. eine viskose bzw. pastöse Rohstoff-Wasser-Mi- schung ist. Unter einer viskosen bzw. pastösen Mischung oder einem viskosen bzw. pastösen Gemisch wird erfindungsgemäß weiterhin eine insbesondere zähflüssige bzw. nur wenig fließfähige Zusammensetzung verstanden. The obtained, in particular viscous or pasty, mixture of renewable raw material, water and particulate propellant can - without wishing to be limited to this - also be understood as a dispersion, whereby the renewable raw material, such as starch, and water as a homogeneous mixture Form dispersion medium and the particulate propellant represents the disperse phase. It is accordingly under a dispersion in the context of the present invention in particular a heterogeneous mixture of at least two substances. Insoluble constituents or substances, such as the particulate blowing agent used and / or other additives, which may also be added, which can also be referred to as the disperse phase, are finely distributed in a further, in particular continuous substance or mixture of substances, which or which in the context of the present invention is, for example, a viscous or pasty raw material-water mixture. According to the invention, a viscous or pasty mixture or a viscous or pasty mixture is also understood to mean a particularly viscous or only slightly flowable composition.
Erfindungsgemäß verläuft der Mischvorgang vorzugsweise also derart, dass eine, insbesondere homogene, Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, aus nachwachsendem Rohstoff und partikulärem Treibmittel in dem Extruder mit Wasser versetzt wird, woraufhin das Wasser in dem nachwachsenden Rohstoff verteilt, insbesondere gelöst, wird. Dadurch kann eine Plastifizierung des nachwachsenden Rohstoffs, insbesondere bspw. der Stärke, erreicht werden, sodass eine kontinuierliche, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung aus nachwachsendem Rohstoff und Wasser erhalten werden kann. Gleichfalls wird in dem Extruder durch kontinuierliches Vermengen erreicht, dass das Treibmittel gleichmäßig in der Rohstoff-Wasser-Mischung verteilt, insbesondere dispergiert, wird. Auf diese Weise kann insgesamt eine gleichmäßig bzw. gleichförmig verteilte, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung aus nachwachsendem Rohstoff, partikulärem Treibmittel und Wasser erhalten werden. According to the invention, the mixing process preferably proceeds in such a way that a, in particular homogeneous, mixture, preferably powder mixture, of renewable raw material and particulate blowing agent is mixed with water in the extruder, whereupon the water is distributed, in particular dissolved, in the renewable raw material. As a result, the renewable raw material, in particular, for example, the starch, can be plasticized, so that a continuous, in particular viscous or pasty, mixture of renewable raw material and water can be obtained. Likewise, continuous mixing in the extruder ensures that the blowing agent is evenly distributed, in particular dispersed, in the raw material-water mixture. In this way, an evenly or uniformly distributed, in particular viscous or pasty, mixture of renewable raw material, particulate propellant and water can be obtained overall.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass die, insbesondere homogene, Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, des nachwachsenden Rohstoffs und des Treibmittels und/oder die, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung des nachwachsenden Rohstoffs, Treibmittels und Wassers zu dem expandierbaren Granulat extrudiert, insbesondere extrudiert und granuliert, wird. In the context of the present invention, it is also preferably provided that the, in particular homogeneous, mixture, preferably powder mixture, of the renewable raw material and the propellant and / or the, in particular viscous or pasty, mixture of the renewable raw material, propellant and water to the expandable Extruded granules, in particular extruded and granulated, is.
Hierbei kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin vorteilhaft sein, wenn dem nachwachsenden Rohstoff und/oder dem Treibmittel, insbesondere der, insbesondere homogenen, Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, des nachwachsenden Rohstoffs und des Treibmittels und/oder der, insbesondere viskosen bzw. pastösen, Mischung des nachwachsenden Rohstoffs, Treibmittels und Wassers, Additive zugegebenen werden.
In diesem Fall hat es sich insbesondere bewährt, wenn die Additive in Mengen von 0 bis 5 Gew.%, bezogen auf die Zusammensetzung, zugegeben werden. In the context of the present invention, it can furthermore be advantageous if the renewable raw material and / or the propellant, in particular the, in particular homogeneous, mixture, preferably powder mixture, of the renewable raw material and the propellant and / or the, in particular viscous or pasty, Mixture of the renewable raw material, blowing agent and water, additives are added. In this case, it has proven particularly useful if the additives are added in amounts of 0 to 5% by weight, based on the composition.
Im Hinblick auf den Extrusionsvorgang werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nun besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn die Extrusion, insbesondere Granulierung, bei einem Druck in einem Bereich von 10 bis 120 bar, insbesondere 20 bis 80 bar, vorzugsweise 25 bis 70 bar, durchgeführt wird. With regard to the extrusion process, particularly good results are now obtained within the scope of the process according to the invention if the extrusion, in particular granulation, is carried out at a pressure in a range from 10 to 120 bar, in particular 20 to 80 bar, preferably 25 to 70 bar .
Weiterhin hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Extrusion, insbesondere Granulierung, mittels Heißabschlag durchgeführt wird, insbesondere bei einer Drehzahl in einem Bereich von 200 bis 500 rpm, vorzugsweise 300 bis 450 rpm. Furthermore, it has proven to be advantageous in the context of the present invention if the extrusion, in particular granulation, is carried out by means of hot die cutting, in particular at a speed in a range from 200 to 500 rpm, preferably 300 to 450 rpm.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird insbesondere unter Verwendung der vorgenannten bevorzugten Prozessparameter ein ellipsoid-, linsen- bzw. kugelförmiges, kompaktes Granulat erhalten, welches sich durch eine gleichmäßige und abgeschlossene Oberflächenstruktur auszeichnet. Auf Basis dieser besonderen Beschaffenheit des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats kann auch die vorteilhafte längere Haltbarkeit des Granulats, welche im Bereich von mehreren Wochen bis Monaten liegen kann, erklärt werden. Insbesondere ungeachtet eines etwaigen Gehalts an Wasser, insbesondere in Form von Feuchtigkeit bzw. Restfeuchte, tritt unter standardraumklimatischen Bedingungen beispielsweise keine Schimmelbildung auf dem erfindungsgemäßen Granulat, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, auf. In the context of the present invention, in particular using the aforementioned preferred process parameters, an ellipsoidal, lenticular or spherical, compact granulate is obtained, which is characterized by a uniform and closed surface structure. On the basis of this special nature of the expandable granules according to the invention, the advantageous longer shelf life of the granules, which can range from several weeks to months, can also be explained. In particular, regardless of any water content, in particular in the form of moisture or residual moisture, under standard room climatic conditions, for example, no mold formation occurs on the granulate according to the invention, which is obtainable by the method according to the invention.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt vorgesehen, dass in einem ersten Prozessschritt (A) der Compoundierung, insbesondere des Extrusionsprozesses, der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel voneinander getrennt oder in Form einer Trockenmischung be- reitgestellt werden und/oder dass der Rohstoff und das T reibmittel separat voneinander oder gemeinsam in eine erste Verfahrenszone des Extruders eingebracht werden. In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is preferably provided that in a first process step (A) of the compounding, in particular the extrusion process, the renewable raw material and the blowing agent are separated from one another or provided in the form of a dry mixture and / or that the Raw material and the propellant are introduced separately from one another or together in a first process zone of the extruder.
Hierbei hat es sich insbesondere bewährt, wenn der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel in der ersten Verfahrenszone des Extruders erwärmt werden, insbesondere auf Temperaturen in einem Bereich von 20 bis 90 °C, insbesondere 45 bis 85 °C, vorzugsweise unter kontinuierlichem Vermischen.
Erfindungsgemäß kann die erste Verfahrenszone auch als Einzugszone eines Extruders aufgefasst bzw. als solche bezeichnet werden. Weiterhin werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung gute Ergebnisse erhalten, wenn in einem auf den ersten Prozessschritt folgenden zweiten Prozessschritt (B) der Compoundierung, insbesondere des Extrusionsprozesses, der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel, insbesondere deren homogene Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, in eine zweite Verfahrenszone des Extruders gefördert wer- den. It has proven particularly useful if the renewable raw material and the blowing agent are heated in the first process zone of the extruder, in particular to temperatures in the range from 20 to 90 ° C., in particular 45 to 85 ° C., preferably with continuous mixing. According to the invention, the first process zone can also be understood or referred to as the feed zone of an extruder. Furthermore, within the scope of the present invention, good results are obtained if in a second process step (B) of compounding, in particular the extrusion process, following the first process step, the renewable raw material and the blowing agent, in particular their homogeneous mixture, preferably powder mixture, in a second process zone of the extruder.
In diesem Zusammenhang ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel, insbesondere deren homogene Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, in der zweiten Verfahrenszone des Extruders mit Was- ser versetzt werden. Die zweite Verfahrenszone kann daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Mischzone aufgefasst bzw. als solche bezeichnet werden. In this context, it is preferably provided that the renewable raw material and the blowing agent, in particular their homogeneous mixture, preferably a powder mixture, are mixed with water in the second process zone of the extruder. The second process zone can therefore also be understood or referred to as a mixing zone in the context of the present invention.
Dazu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der zweiten Verfahrenszone des Extruders das Wasser bei Temperaturen in einem Bereich von 95 bis 110 °C, insbesondere 95 bis 105 °C, zugesetzt wird. For this purpose, it has proven to be advantageous if the water is added at temperatures in the range from 95 to 110.degree. C., in particular 95 to 105.degree. C., in the second process zone of the extruder.
Darüber hinaus wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Wasser in einem Verhältnis von Wasser zu nachwachsendem Rohstoff, von 1 : 2 bis 1 : 6, insbeson- dere 1 : 2,5 bis 1 : 5, vorzugsweise 1 : 2 bis 1 : 4, zu gesetzt wird. In addition, it is preferred according to the invention if the water is used in a ratio of water to renewable raw material of 1: 2 to 1: 6, in particular 1: 2.5 to 1: 5, preferably 1: 2 to 1: 4, is set to.
Des Weiteren hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft ergeben, wenn in einem auf den zweiten Prozessschritt folgenden dritten Prozessschritt (C) der Compoundierung, insbesondere des Extrusionsprozesses, der nach- wachsende Rohstoff und das Treibmittel, insbesondere deren homogene Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, mit dem Wasser zu einer, insbesondere viskosen bzw. pastösen, Mischung umgesetzt werden. Furthermore, within the scope of the present invention it has been found to be advantageous if, in a third process step (C) of compounding, especially the extrusion process, following the second process step, the renewable raw material and the blowing agent, especially their homogeneous mixture, preferably powder mixture , are reacted with the water to form an, in particular viscous or pasty, mixture.
Dazu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Umsetzung zu der, insbesondere viskosen bzw. pastösen, Mischung bei Temperaturen in einem Bereich von 105 bis 120 °C, insbesondere 105 bis 115 °C, durchgeführt wird.
Weiterhin hat es im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere bewährt, wenn in einem auf den dritten Prozessschritt folgenden vierten Prozessschritt (D) der Compoundierung, insbesondere des Extrusionsprozesses, die, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung, aus nach- wachsendem Rohstoff, Treibmittel und Wasser in eine dritte Verfahrenszone des Extruders gefördert wird. For this purpose, it is preferably provided that the conversion to the, in particular viscous or pasty, mixture is carried out at temperatures in a range from 105 to 120.degree. C., in particular 105 to 115.degree. Furthermore, in the context of this preferred embodiment of the method according to the invention, it has proven particularly useful if, in a fourth process step (D) of the compounding, in particular the extrusion process, following the third process step, the, in particular viscous or pasty, mixture of renewable raw material, Propellant and water is conveyed into a third process zone of the extruder.
In diesem Zusammenhang werden insbesondere gute Ergebnisse erhalten, wenn die, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung aus nachwachsendem Rohstoff, Treibmittel und Wasser in der dritten Verfahrenszone des Extruders komprimiert und gekühlt wird, insbesondere auf Temperaturen in einem Bereich von 95 bis 110 °C, vorzugsweise 95 bis 105 °C. Die dritte Verfahrenszone kann somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Kompressions- bzw. Austragszone aufgefasst bzw. als solche bezeichnet werden. In this context, particularly good results are obtained if the, in particular viscous or pasty, mixture of renewable raw material, blowing agent and water is compressed and cooled in the third process zone of the extruder, in particular to temperatures in a range from 95 to 110 ° C, preferably 95 to 105 ° C. The third process zone can thus also be understood or referred to as a compression or discharge zone in the context of the present invention.
Weiterhin ist es im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise vorgesehen, dass in einem auf den vierten Prozessschrittfolgenden fünften Prozessschritt (E) der Compoundierung, insbesondere des Extrusionsprozesses, die, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung aus nachwachsendem Rohstoff, Treibmittel und Wasser extrudiert und zu dem expandierbaren Granulat granuliert wird. Furthermore, in the context of this preferred embodiment of the method according to the invention, it is preferably provided that in a fifth process step (E) of the compounding, in particular the extrusion process, following the fourth process step, the particularly viscous or pasty mixture of renewable raw material, blowing agent and water is extruded and is granulated to form the expandable granules.
Dazu hat es sich als besonders geeignet erwiesen, wenn die Extrusion bei einem Druck in einem Bereich von 10 bis 120 bar, insbesondere 20 bis 80 bar, vorzugs- weise 25 bis 70 bar, durchgeführt wird. It has been found to be particularly suitable for this purpose if the extrusion is carried out at a pressure in a range from 10 to 120 bar, in particular 20 to 80 bar, preferably 25 to 70 bar.
Darüber hinaus werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn die Granulierung mittels Heißabschlag durchgeführt wird, insbesondere bei einer Drehzahl in einem Bereich von 200 bis 500 rpm, vorzugs- weise 300 bis 450 rpm. In addition, particularly good results are obtained within the scope of the present invention if the granulation is carried out by means of hot die cutting, in particular at a speed in a range from 200 to 500 rpm, preferably 300 to 450 rpm.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung, insbesondere im Zusammenhang mit der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat es sich insbesondere als zentraler bzw. maßgeblicher Aspekt erwiesen, dass das zuvor beschriebene Temperaturprofil bestmöglich eingehalten wird, um insbesondere eine vorzeitige Expansion des hergestellten Granulats zu vermeiden.
Gemäß einerweiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich außerdem bewährt, wenn das expandierbare Granulat mittels Compoundierung, insbesondere mittels eines, vorzugsweise kontinuierlichen, Extrusionsprozesses, erhalten wird, wobei In the context of the present invention, in particular in connection with the preferred embodiment of the present invention described above, it has proven to be a central or decisive aspect that the temperature profile described above is adhered to as best as possible, in particular to avoid premature expansion of the granules produced . According to a further, particularly preferred embodiment of the method according to the invention, it has also proven useful if the expandable granulate is obtained by means of compounding, in particular by means of a, preferably continuous, extrusion process, wherein
(I) in einem ersten Prozessschritt (A) der nachwachsende Rohstoff und das T reibmittel voneinander getrennt oder in Form einer Trockenmischung bereitgestellt werden und/oder wobei der Rohstoff und das Treibmittel separat voneinander oder gemeinsam in eine erste Verfahrenszone des Extruders eingebracht und erwärmt werden, insbesondere auf Temperaturen in einem Bereich von 20 bis 90 °C, insbesondere 45 bis 85 °C, und (I) in a first process step (A) the renewable raw material and the propellant are separated from one another or provided in the form of a dry mixture and / or the raw material and the propellant are introduced and heated separately from one another or together in a first process zone of the extruder, in particular to temperatures in a range from 20 to 90 ° C., in particular 45 to 85 ° C., and
(II) in einem zweiten Prozessschritt (B) der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel, insbesondere deren homogene, Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, in eine zweite Verfahrenszone des Extruders gefördert und mit Wasser versetzt werden, und (II) in a second process step (B) the renewable raw material and the blowing agent, in particular their homogeneous mixture, preferably powder mixture, are conveyed into a second process zone of the extruder and mixed with water, and
(III) in einem dritten Prozessschritt (C) der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel, insbesondere deren homogene, Mischung, vorzugsweise Pulvermischung, mit dem Wasser zu einer, insbesondere viskosen bzw. pastösen, Mischung umgesetzt werden, und (III) in a third process step (C) the renewable raw material and the propellant, in particular their homogeneous mixture, preferably powder mixture, are reacted with the water to form an, in particular viscous or pasty, mixture, and
(IV) in einem vierten Prozessschritt (D) die, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung, aus nachwachsendem Rohstoff, Treibmittel und Wasser in eine dritte Verfahrenszone des Extruders gefördert und komprimiert und gekühlt wird, insbesondere auf Temperaturen in einem Bereich von 95 bis 110 °C, vorzugsweise 95 bis 105 °C, und (IV) in a fourth process step (D) the, in particular viscous or pasty, mixture of renewable raw material, blowing agent and water is conveyed into a third process zone of the extruder and compressed and cooled, in particular to temperatures in a range from 95 to 110 ° C, preferably 95 to 105 ° C, and
(V) in einem fünften Prozessschritt (E) die, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung aus nachwachsendem Rohstoff, Treibmittel und Wasser extrudiert und zu dem expandierbaren Granulat granuliert wird. (V) in a fifth process step (E) the, in particular viscous or pasty, mixture of renewable raw material, propellant and water is extruded and granulated to form the expandable granulate.
Für weitere Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Flerstellung eines expandierbaren Granulats kann auf die obigen Ausführungen zu dem erfin- dungsgemäßen expandierbaren Granulat verwiesen werden, welche in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend gelten. For further details on the method according to the invention for producing an expandable granulate, reference can be made to the above statements on the expandable granulate according to the invention, which apply accordingly in relation to the method according to the invention.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem d r i t t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung eines, insbesondere erfindungsge- mäßen bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen, expandierbaren
Granulats zur Herstellung biologisch abbaubarer, insbesondere heimkompostierba- rer, expandierter Granulate. Another object of the present invention - according to a third aspect of the present invention - is the use of an expandable one, in particular one according to the invention or obtainable by the process according to the invention Granules for the production of biodegradable, in particular home-compostable, expanded granules.
Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obi- gen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten. For further details on the use according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the use according to the invention.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem v i e r t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren, insbesondere heimkompostierbaren, auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden expandierten Granulats, wobei ein, insbesondere erfindungsgemäßes bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliches, expandierbares, einen nachwachsenden Rohstoff und ein partikuläres physikalisches Treibmittel enthaltendes Granulat bereitgestellt und expandiert wird. A further object of the present invention - according to a fourth aspect of the present invention - is a process for the production of a biodegradable, in particular home compostable, expanded granulate based on renewable raw materials, wherein an expandable granulate, in particular according to the invention or obtainable by the process according to the invention, is a renewable one Raw material and a particulate physical blowing agent containing granules is provided and expanded.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei vorzugsweise vorgesehen, dass die Expansion des expandierbaren Granulats in Gegenwart erhöhter Temperaturen, insbesondere mittels Heißluft, vorzugsweise mittels zirkulierender Heißluft, durchgeführt wird. Auf diese Weise kann zielgerichtet eine gleichmäßige und insbesondere auch gleichzeitige Expansion des Granulats bzw. insbesondere des im Granulat enthaltenen partikulären Treibmittels erreicht werden, sodass vorteilhafterweise ein feines und einheitliches Porenbild im expandierten Granulat erhalten werden kann. In diesem Zusammenhang hat es sich weiterhin bewährt, wenn die Expansion bei Temperaturen in einem Bereich von mehr als 150 °C, insbesondere mehr als 160 °C, vorzugsweise mehr als 170 °C, bevorzugt mehr als 175 °C, durchgeführt wird. In the context of the method according to the invention, it is preferably provided that the expansion of the expandable granulate is carried out in the presence of elevated temperatures, in particular by means of hot air, preferably by means of circulating hot air. In this way, a uniform and, in particular, simultaneous expansion of the granulate or, in particular, of the particulate propellant contained in the granulate can be achieved in a targeted manner, so that advantageously a fine and uniform pore pattern can be obtained in the expanded granulate. In this context, it has also proven useful if the expansion is carried out at temperatures in a range of more than 150.degree. C., in particular more than 160.degree. C., preferably more than 170.degree. C., preferably more than 175.degree.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es außerdem bevorzugt, wenn das ex- pandierte Granulat insbesondere kugelförmig bzw. ellipsoid oder auch linsenförmig ausgebildet ist. Dementsprechend ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Expansion drucklos, d.h. bei Atmosphärendruck, durchgeführt wird. So kann eine insbesondere gleichmäßige Ausdehnung des Granulats in alle Raumrichtungen bestmöglich sichergestellt werden. In the context of the present invention, it is also preferred if the expanded granulate is designed in particular spherical or ellipsoidal or also lens-shaped. Accordingly, it is preferably provided that the expansion is carried out without pressure, i.e. at atmospheric pressure. In this way, a particularly uniform expansion of the granulate in all spatial directions can be ensured in the best possible way.
Was nun die Dauer anbelangt, innerhalb welcher die Expansion des Granulats erreicht wird, so kann diese variieren. Besonders gute Ergebnisse werden im Rahmen
der vorliegenden Erfindung dann erzielt, wenn die Expansion über eine Dauer von 20 bis 200 Sekunden, insbesondere 30 bis 180 Sekunden, vorzugsweise 45 bis 150 Sekunden, durchgeführt wird. Dementsprechend kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung bzw. auf Basis des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats innerhalb sehr kurzer Zeit das expandierte Granulat erhalten werden. As far as the duration within which the expansion of the granulate is achieved is concerned, this can vary. Particularly good results will be in the frame of the present invention is achieved when the expansion is carried out over a period of 20 to 200 seconds, in particular 30 to 180 seconds, preferably 45 to 150 seconds. Accordingly, in the context of the present invention or on the basis of the expandable granules according to the invention, the expanded granules can be obtained within a very short time.
Für weitere Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend gelten. For further details on the method according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the method according to the invention.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem f ü n f t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein, insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. aus dem erfindungsgemäßen expandierbaren Granulat erhältliches, biologisch abbaubares, auf nachwachsenden Rohstoffen basierendes expan- diertes Granulat. Another object of the present invention - according to a fifth aspect of the present invention - is a biodegradable expanded granulate based on renewable raw materials, in particular obtainable by the process according to the invention or from the expandable granulate according to the invention.
Das erfindungsgemäße expandierte Granulat zeichnet sich dabei gegenüber bekannten Granulaten aus dem Stand der Technik durch eine insbesondere homogene und feinporige Schaumstruktur aus. Die Ausbildung dieser feinporigen und gleich- mäßigen Schaumstruktur kann dabei maßgeblich auf die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats zurückgeführt werden, welche insbesondere eine gleichförmige und einheitliche Expansion ermöglicht. The expanded granules according to the invention are distinguished from known granules from the prior art by a particularly homogeneous and fine-pored foam structure. The formation of this fine-pored and uniform foam structure can be largely attributed to the composition of the expandable granulate according to the invention, which in particular enables uniform and uniform expansion.
Auf Grundlage dieser vorteilhaften Beschaffenheit zeichnet sich das erfindungsge- mäße expandierte Granulat weiterhin durch eine insbesondere vergleichsweise hohe integrale Stabilität aus, so dass es bspw. Druckbelastungen gut widerstehen kann. Daher eignet sich das erfindungsgemäße expandierte Granulat etwa hervorragend als loses Füllmaterial bzw. Verpackungsmaterial, welches auf Grund seiner Zusammensetzung nach Gebrauch auch leicht und umweltfreundlich entsorgt werden kann. On the basis of this advantageous quality, the expanded granulate according to the invention is furthermore characterized by a particularly comparatively high integral stability, so that it can, for example, withstand pressure loads well. The expanded granulate according to the invention is therefore ideally suited as a loose filler material or packaging material which, due to its composition, can also be disposed of easily and in an environmentally friendly manner after use.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen expandierten Granulats liegt im Baubereich, wo es sich auf Grund seiner geringen Dichte und Zusammensetzung als Dämmmaterial anbietet. Dabei kann das erfindungsgemäße Granulat, insbesondere im Hinblick auf seine physikalische Beschaffenheit, vielfältig gestaltet sein bzw. werden. Im Rahmen der
vorliegenden Erfindung wird es in diesem Zusammenhang bevorzugt, wenn das Granulat ein Volumen im Bereich von 100 bis 500 mm3, insbesondere 110 bis 400 mm3, vorzugsweise 120 bis 350 mm3, bezogen auf die einzelnen Granulatpartikel, aufweist. Another advantageous use of the expanded granulate according to the invention is in the construction sector, where it is suitable as an insulating material due to its low density and composition. The granulate according to the invention can be designed in many ways, in particular with regard to its physical properties. As part of the In this context, it is preferred in the present invention if the granulate has a volume in the range from 100 to 500 mm 3 , in particular 110 to 400 mm 3 , preferably 120 to 350 mm 3 , based on the individual granulate particles.
Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass das expandierte Granulat kugelförmig, linsenförmig oder ellipsoid, insbesondere kugelförmig oder ellipsoid, ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Zusammensetzung des expandierten Granulats stimmt diese im Wesentlichen mit der Zusammensetzung des expandierbaren Granulats überein. Insbesondere lediglich in Bezug auf den Wassergehalt ergeben sich Unterschiede zwischen expandierbarem und expandiertem Granulat, da das im expandierbaren Granulat unter Umständen enthaltene Wasser im Zuge des Expansionsprozesses, gemeinsam mit den im partikulären Treibmittel enthaltenen gasförmigen bzw. in den gasförmigen Zustand überführbaren Bestandteilen, entweicht. Als besonders vorteilhaft hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung letztlich erwiesen, wenn das expandierte Granulat zu mehr als 90 %, insbesondere mehr als 93 %, vorzugsweise mehr als 95 % aus dem nachwachsenden Rohstoff besteht. Furthermore, it is preferably provided within the scope of the present invention that the expanded granules are spherical, lenticular or ellipsoidal, in particular spherical or ellipsoidal. With regard to the composition of the expanded granules, this essentially corresponds to the composition of the expandable granules. In particular, there are only differences between expandable and expanded granules with regard to the water content, since the water contained in the expandable granules escapes in the course of the expansion process, together with the gaseous components contained in the particulate propellant or components that can be converted into the gaseous state. In the context of the present invention, it has ultimately proven to be particularly advantageous if the expanded granulate consists of more than 90%, in particular more than 93%, preferably more than 95% of the renewable raw material.
Für weitere Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen expandierten Granulat kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf das erfindungsgemäße expandierte Granulat entsprechend gelten. For further details on the expanded granules according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the expanded granules according to the invention.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem s e c h s t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung eines, insbesondere erfindungsgemäßen bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen, expandierten Granulats im Baubereich, insbesondere als Dämmmaterial bzw. dämmendes Füllmaterial, und/oder im Verpackungsbereich, insbesondere als Verpackungsmaterial, Füllmaterial und/oder Polstermaterial. Another object of the present invention - according to a sixth aspect of the present invention - is the use of an expanded granulate, in particular according to the invention or obtainable by the method according to the invention, in the construction sector, in particular as insulating material or insulating filler material, and / or in the packaging sector, in particular as Packaging material, filling material and / or cushioning material.
Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem s i e b t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung eines, insbesondere erfindungsgemäßen bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen, expandierbaren Granulats zur Herstellung biologisch abbaubarer, insbesondere heimkom- postierbarer, Schaumkörper. For further details on the use according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the use according to the invention. Another object of the present invention - according to a seventh aspect of the present invention - is the use of an expandable granulate, in particular according to the invention or obtainable by the process according to the invention, for the production of biodegradable, in particular home compostable, foam bodies.
Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten. For further details on the use according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the use according to the invention.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem a c h t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren, insbesondere heimkompostierbaren, auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Schaumkörpers, wobei ein, insbesondere erfindungsgemä- ßes bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliches, expandierbares, einen nachwachsenden Rohstoff und ein partikuläres physikalisches Treibmittel enthaltendes Granulat bereitgestellt und zu einem Schaumkörper umgesetzt wird. Yet another subject matter of the present invention - according to an eighth aspect of the present invention - is a method for producing a biodegradable, in particular home compostable, foam body based on renewable raw materials, wherein an expandable, in particular according to the invention or obtainable by the method according to the invention, a renewable raw material and a particulate physical blowing agent containing granules are provided and converted into a foam body.
Hierbei hat es sich erfindungsgemäß insbesondere bewährt, wenn die Umsetzung zum Schaumkörper unter Einwirkung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, durchgeführt wird. According to the invention, it has proven particularly useful if the conversion to the foam body is carried out under the action of pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature.
Dabei werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere gute Ergebnisse erhalten, wenn die Umsetzung zum Schaumkörper bei einer Temperatur in einem Bereich von mehr als 120 °C, insbesondere mehr als 150 °C, vorzugsweise mehr als 170 °C, durchgeführt wird. In the context of the present invention, particularly good results are obtained when the conversion to the foam body is carried out at a temperature in a range of more than 120.degree. C., in particular more than 150.degree. C., preferably more than 170.degree.
Gleichfalls hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn die Umsetzung zum Schaumkörper bei einem Druck in einem Bereich von 20 bis 40 bar, insbeson- dere 22 bis 35 bar, vorzugsweise 23 bis 30 bar, durchgeführt wird. It has also proven particularly advantageous if the conversion to the foam body is carried out at a pressure in a range from 20 to 40 bar, in particular 22 to 35 bar, preferably 23 to 30 bar.
Insbesondere von Vorteil ist es hierbei erfindungsgemäß, wenn die Umsetzung zum Schaumkörper, insbesondere die Einwirkung von Druck und/oder Temperatur, vorzugsweise Druck und Temperatur, über eine Dauer von 70 bis 250 s, insbesondere 90 bis 220 s, vorzugsweise 100 bis 200 s, durchgeführt wird.
Dabei hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Umsetzung zum Schaumkörper in einer Vorrichtung zur Erzeugung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, durchgeführt wird. It is particularly advantageous according to the invention if the conversion to the foam body, in particular the action of pressure and / or temperature, preferably pressure and temperature, over a period of 70 to 250 s, in particular 90 to 220 s, preferably 100 to 200 s, is carried out. In the context of the present invention, it has proven to be particularly advantageous if the conversion to the foam body is carried out in a device for generating pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature.
In diesem Zusammenhang wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bevorzugt, wenn die Umsetzung zum Schaumkörper mittels eines Pressvorgangs, insbesondere in einem Presswerkzeug, vorzugsweise in einer Plattenpresse, durchgeführt wird. In this context, it is particularly preferred in the context of the present invention if the conversion to the foam body is carried out by means of a pressing process, in particular in a pressing tool, preferably in a plate press.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich speziell bewährt, wenn in einem ersten Verfahrensschritt (a), insbesondere des Pressvorgangs, das Granulat in die Vorrichtung zur Erzeugung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, vorzugsweise ein Presswerk- zeug, eingebracht wird. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, it has proven particularly useful if, in a first method step (a), in particular the pressing process, the granulate is fed into the device for generating pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature, preferably a pressing tool , is introduced.
Weiterhin wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß dieser bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, wenn in einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Verfahrensschritt (b), insbesondere des Pressvor- gangs, das Granulat in der Vorrichtung zur Erzeugung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, vorzugsweise dem Presswerkzeug, unter erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur, insbesondere erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, zu einem Schaumkörper umgesetzt wird. Im Rahmen dieser bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich außerdem bewährt, wenn in einem auf den zweiten Schritt folgenden dritten Verfahrensschritt (c), insbesondere des Pressvorgangs, der Druck und/oder die Temperatur, insbesondere der Druck und die Temperatur, gesenkt werden. Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Granulat infolge der Senkung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, expandiert wird. Furthermore, it is preferred within the scope of the present invention according to this preferred embodiment of the method according to the invention if in a second method step (b) following the first step, in particular the pressing process, the granules in the device for generating pressure and / or temperature , in particular pressure and temperature, preferably the pressing tool, under increased pressure and / or increased temperature, in particular increased pressure and temperature, is converted to a foam body. In the context of this preferred embodiment of the method according to the invention, it has also proven useful if, in a third method step (c) following the second step, in particular the pressing process, the pressure and / or the temperature, in particular the pressure and the temperature, are reduced. It is preferably provided here that the granulate is expanded as a result of the reduction in pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature.
Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass das expandierte Granulat, welches zum Schaumkörper umgesetzt wird, simultan im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, d.h. im Zuge der Expansion, aushärtet, so dass insbesondere eine Nachexpansion des erhaltenen Schaumkörpers bzw. des expandierten Granulats vermieden werden kann. Gleichermaßen bildet
sich durch die simultane bzw. instantane Aushärtung des expandierten Granulats in dem erhaltenen Schaumkörper eine gleichmäßige sowie abgeschlossene Oberfläche mit einer insbesondere geschlossenzelligen Struktur aus, welche sich zusätzlich durch eine insbesondere gleichmäßig ausgebildete Außenhaut auszeichnet. It is a particular advantage of the method according to the invention that the expanded granulate, which is converted into the foam body, cures simultaneously in the course of the production process according to the invention, ie in the course of expansion, so that in particular post-expansion of the foam body obtained or the expanded granulate is avoided can. Equally educates The simultaneous or instantaneous hardening of the expanded granulate in the foam body obtained results in a uniform and closed surface with an in particular closed-cell structure, which is additionally characterized by a particularly uniform outer skin.
Auf dieser Basis lässt sich insbesondere die Haltbarkeit des erhaltenen Schaumkörpers positiv beeinflussen, da beispielsweise der Zutritt von Wasser sowie insbesondere auch Schimmelpilzen oder Bakterien durch die abgeschlossene Oberfläche erschwert wird. Dementsprechend wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ins- besondere im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Schaumkörpers, ein insbesondere haltbarer Schaumkörper erhalten, ungeachtet des Aspektes, dass dieser insbesondere weitestgehend bzw. zumindest im Wesentlichen auf Basis eines nachwachsenden Rohstoffs, vorzugsweise Stärke, basiert ist. On this basis, in particular the durability of the foam body obtained can be positively influenced since, for example, the access of water and in particular also molds or bacteria is made more difficult by the closed surface. Accordingly, in the context of the present invention, in particular in the context of the method according to the invention for producing the biodegradable foam body according to the invention, a particularly durable foam body is obtained, regardless of the aspect that it is in particular largely or at least essentially based on a renewable raw material, preferably Strength that is based.
Durch die auf Grundlage der erfindungsgemäßen Verfahrensführung erzeugten, insbesondere feinporigen und geschlossenzelligen Schaumstruktur im erfindungsgemäßen Schaumkörper kann weiterhin ein sehr stabiles und belastbares Erzeugnis erhalten werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Schäumen des Standes der Tech- nik können im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere auch dickwandige Schaumteile erzeugt werden, was speziell mit einstufigen Extrusions- und Schäumverfahren, wie sie im Stand der Technik in der Mehrheit angewendet werden, nicht möglich ist. Damit eröffnet die vorliegende Erfindung insgesamt ein neues sowie insbesondere weitreichendes Anwendungsfeld von erfindungsgemäßen Schaumkör- pern, welche auf Basis des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vielfältig und bedarfsgerecht gestaltet sowie angepasst werden können. The particularly fine-pored and closed-cell foam structure produced on the basis of the process according to the invention in the foam body according to the invention furthermore makes it possible to obtain a very stable and resilient product. In comparison to conventional foams of the prior art, thick-walled foam parts in particular can also be produced within the scope of the present invention, which is not possible especially with single-stage extrusion and foaming processes, as are used in the majority in the prior art. The present invention thus opens up a new and, in particular, extensive field of application of foam bodies according to the invention which, based on the expandable granules according to the invention, can be designed and adapted in a diverse and needs-based manner within the scope of the method according to the invention.
Erfindungsgemäß ist es im Rahmen einer noch weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nun insbesondere vorgesehen, dass die Umsetzung des expandierbaren Granulats zum Schaumkörper unter Einwirkung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, vorzugsweise mittels eines Pressvorgangs, durchgeführt wird, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (a) das Granulat in die Vorrichtung zur Erzeugung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, vorzugsweise das Presswerkzeug, eingebracht wird, und
in einem zweiten Schritt (b) das Granulat unter erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur, insbesondere erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, zum Schaumkörper umgesetzt wird, und in einem dritten Schritt (c) der Druck und/oder die Temperatur, insbesondere der Druck und die Temperatur, gesenkt werden, insbesondere wobei das Granulat infolge der Senkung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, expandiert wird. Für weitergehende Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Schaumkörpers kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend gelten. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem n e u n t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein, insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. aus dem erfindungsgemäßen expandierbaren Granulat erhältlicher, biologisch abbaubarer, auf nachwachsenden Rohstoffen basierender Schaumkörper. According to the invention, within the scope of an even more preferred embodiment of the method according to the invention, it is now provided in particular that the conversion of the expandable granules to the foam body is carried out under the action of pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature, preferably by means of a pressing process, with in a first method step (a) the granules are introduced into the device for generating pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature, preferably the pressing tool, and in a second step (b) the granules are converted to the foam body under increased pressure and / or temperature, in particular increased pressure and temperature, and in a third step (c) the pressure and / or the temperature, in particular the pressure and the temperature, are lowered, in particular wherein the granules are expanded as a result of the lowering of pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature. For further details on the method according to the invention for producing a biodegradable foam body, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the method according to the invention. Another object of the present invention - according to a ninth aspect of the present invention - is a biodegradable foam body based on renewable raw materials, in particular obtainable by the process according to the invention or from the expandable granulate according to the invention.
Erfindungsgemäß ist es dabei insbesondere bevorzugt, wenn der Schaumkörper zu mehr als 90 %, insbesondere mehr als 93 %, vorzugsweise mehr als 95 % aus dem nachwachsenden Rohstoff besteht. Darüber hinaus zeichnet sich der Schaumkörper nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise dadurch aus, dass der Schaumkörper eine Druckfestigkeit von mehr als 120 kPa, insbesondere mehr als 130 kPa, vorzugsweise mehr als 135 kPa, aufweist. Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass der Schaumkörper eine Formteildichte in einem Bereich von 50 bis 200 kg/m3, insbesondere 55 bis 175 kg/m3, vorzugsweise 60 bis 150 kg/m3, aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Dichtebestimmung dabei vorzugsweise durch Bestimmung des Gewichts und Berechnung des Volumens der Schaumkör- per. Dafür können entsprechend der Form des Schaumkörpers idealisierte Körper, wie bspw. etwa Quader, Würfel, Kugeln oder Ellipsoide, angenommen bzw. die Schaumkörper in eine der vorgenannten Formen gebracht werden. Anschließend
werden die Schaumkörper vermessen, sodass auf Basis der gemessenen relevanten Werte, d.h. bspw. Seitenlangen, Höhen, Breiten oder Tiefen, das Volumen anhand von im Allgemeinen bekannten Formeln berechnet werden kann. Für weitergehende Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen Schaumkörper kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf den erfindungsgemäßen Schaumkörper entsprechend gelten. According to the invention, it is particularly preferred if the foam body consists of more than 90%, in particular more than 93%, preferably more than 95% of the renewable raw material. In addition, the foam body according to the present invention is preferably characterized in that the foam body has a compressive strength of more than 120 kPa, in particular more than 130 kPa, preferably more than 135 kPa. Furthermore, within the scope of the present invention it is preferably provided that the foam body has a molded part density in a range from 50 to 200 kg / m 3 , in particular 55 to 175 kg / m 3 , preferably 60 to 150 kg / m 3 . In the context of the present invention, the density is preferably determined by determining the weight and calculating the volume of the foam bodies. For this purpose, idealized bodies in accordance with the shape of the foam body, such as, for example, cuboids, cubes, spheres or ellipsoids, can be assumed or the foam bodies can be brought into one of the aforementioned shapes. Subsequently the foam bodies are measured so that the volume can be calculated on the basis of the relevant values measured, ie for example side lengths, heights, widths or depths using generally known formulas. For further details on the foam body according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the foam body according to the invention.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z e h n t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung eines, insbesondere erfindungsgemäßen bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. aus dem erfindungsgemäßen expandierbaren Granulat erhältlichen, biologisch abbaubaren Schaumkörpers als Baustoff, insbesondere als, vorzugsweise temporärer, Abstandshalter, vorzugsweise temporäre, Stützstruktur, vorzugsweise löslicher, Kern, bevorzugt für hohle Verbundteile, Sandwichverbundteile, Leichtbauteile, Leichtbaukonstruktionen. Again another subject of the present invention - according to a tenth aspect of the present invention - is the use of a, in particular according to the invention or by the method according to the invention or obtainable from the expandable granules according to the invention, biodegradable foam body as a building material, in particular as, preferably temporary, spacer , preferably temporary, support structure, preferably soluble core, preferably for hollow composite parts, sandwich composite parts, lightweight components, lightweight constructions.
Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten. For further details on the use according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the use according to the invention.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem e l f t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung eines, insbesondere erfindungsgemäßen bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. aus dem erfin- dungsgemäßen expandierbaren Granulat erhältlichen, biologisch abbaubarenAnother object of the present invention - according to one aspect of the present invention - is the use of a biodegradable granulate, in particular according to the invention or obtainable by the method according to the invention or from the expandable granulate according to the invention
Schaumkörpers im Verpackungsbereich, insbesondere als Verpackungsmaterial, Füllmaterial und/oder Polstermaterial. In diesem Zusammenhang kann insbesondere auch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumkörpers mit Folien, insbesondere mit oder ohne zusätzliche Laminierung oder Kaschierung, vorgesehen sein. Foam body in the packaging sector, in particular as packaging material, filling material and / or cushioning material. In this context, use of the foam body according to the invention with foils, in particular with or without additional lamination or lamination, can also be provided.
Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten.
Schließlich weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z w ö l f t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung eines, insbesondere erfindungsgemäßen bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. aus dem erfindungsgemäßen expandierbaren Granulat erhältlichen, biologisch ab- baubaren Schaumkörpers im Heimwerk- und Bastelbereich, insbesondere als Dekor- und Bastelmaterial. For further details on the use according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the use according to the invention. Finally, a further subject matter of the present invention - according to a twelfth aspect of the present invention - is the use of a biodegradable foam body, in particular according to the invention or obtainable by the method according to the invention or from the expandable granulate according to the invention, in the DIY and handicraft sector, especially as decoration and handicraft material.
Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obigen Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten. For further details on the use according to the invention, reference can be made to the above statements on the other aspects of the invention, which apply accordingly in relation to the use according to the invention.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Figurendarstellung durch bevorzugte Ausführungsformen in nicht beschränkender Weise erläutert. The subject matter of the present invention is explained below in a non-limiting manner with reference to the illustration of the figures through preferred embodiments.
Es zeigt Fig. 1A einen erfindungsgemäßen Schaumkörper, der aus dem expandierbaren Granulat nach der vorliegenden Erfindung bzw. gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Schaumkörpers auf Basis nachwachsender Rohstoffe erhältlich ist. Als bevorzugter nachwachsender Rohstoff wird für den Schaumkörper gemäß den Fig. 1A bis 1 D, insbesondere native, Stärke, vorzugsweise aus Kartoffeln, verwendet. Als bevorzugtes partikuläres Treibmittel werden expandierbare Polymerpartikel, wie beispielsweise "Unicell MS 190 D" oder "Tracel MB 121 FG" eingesetzt. Diese bevorzugten Treibmittel enthalten niedere Alkane, insbesondere verzweigte Pentane bzw. Octane, vorzugsweise 2,2,4-Trimethylpentan oder 2-Methybutan bzw. deren Mischung. Speziell beinhalten Polymerpartikel vom Typ "Unicell MS 190 D" eine Kombination aus 2,2,4-Trimethylpentan (>15 - <20 %) und 2-Methylbutan (>5 - <10 %) und Polymerpartikel vom Typ "Tracel MB 121 FG" 2- Methylbutan (>15 -20 %). Die Polymerpartikelhülle der Partikel enthält bzw. besteht bspw. aus einem Acrylonitril / Methacrylonitril / Methylmethacrylat-Copolymer (>70 - <80 %). 1A shows a foam body according to the invention which can be obtained from the expandable granulate according to the present invention or according to the method according to the invention for producing a foam body based on renewable raw materials. The preferred renewable raw material used for the foam body according to FIGS. 1A to 1D is, in particular, native starch, preferably from potatoes. Expandable polymer particles such as "Unicell MS 190 D" or "Tracel MB 121 FG" are used as preferred particulate blowing agents. These preferred propellants contain lower alkanes, in particular branched pentanes or octanes, preferably 2,2,4-trimethylpentane or 2-methybutane or a mixture thereof. Specifically, polymer particles of the "Unicell MS 190 D" type contain a combination of 2,2,4-trimethylpentane (> 15 - <20%) and 2-methylbutane (> 5 - <10%) and polymer particles of the "Tracel MB 121 FG" type "2-methylbutane (> 15-20%). The polymer particle shell of the particles contains or consists, for example, of an acrylonitrile / methacrylonitrile / methyl methacrylate copolymer (> 70 - <80%).
In der Fig. 1 A sowie den zugehörigen Fig. 1 B bis 1 D ist insbesondere zu erkennen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung speziell dickwandige sowie gleichfalls kompakte Schaumkörper erhalten werden können. Dieser Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht maßgeblich insbesondere darauf, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung zunächst ein expandierbares Granulat hergestellt bzw. bereitgestellt wird und dieses dann in einem nachfolgenden, insbesondere zeitlich getrennten,
Schritt zum erfindungsgemäßen Schaumkörper verschäumt und expandiert wird. Auf diese Weise kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung speziell auf die Form, Beschaffenheit, Geometrie, Struktur sowie Stabilität des erhaltenen Schaumkörpers Einfluss genommen werden. In FIG. 1A and the associated FIGS. 1B to 1D it can be seen in particular that especially thick-walled and also compact foam bodies can be obtained within the scope of the present invention. This advantage of the present invention is based in particular on the fact that, within the scope of the present invention, an expandable granulate is first produced or provided and this is then carried out in a subsequent, in particular temporally separated, Is foamed and expanded step to the foam body according to the invention. In this way, in the context of the present invention, the shape, nature, geometry, structure and stability of the foam body obtained can be influenced.
Dabei wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße expandierbare Granulat, welches nachfolgend zum erfindungsgemäßen Schaumkörper expandiert werden kann, im Hinblick auf seine Beschaffenheit bzw. Zusammensetzung lediglich den nachwachsenden Rohstoff, bspw., insbesondere native, Stärke, vorzugsweise aus Kartoffeln, das partikuläre Treibmittel, wie beispielsweise expandierbare Polymerpartikel, sowie gegebenenfalls Wasser enthält. Der Zusatz von Wasser zum expandierbaren Granulat kann dabei insbesondere den Vorteil haben, dass das Wasser als unterstützendes Treibmittel im Rahmen des Expansionsprozesses zum erfindungsgemäßen Schaumkör- per wirkt. It is particularly preferred in the context of the present invention if the expandable granules according to the invention, which can subsequently be expanded to form the foam body according to the invention, only contain the renewable raw material, e.g. , the particulate blowing agent, such as expandable polymer particles, and optionally water. The addition of water to the expandable granulate can in particular have the advantage that the water acts as a supporting blowing agent in the course of the expansion process for the foam body according to the invention.
Für den erhaltenen erfindungsgemäßen Schaumkörper ist es wiederum im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass dieser den nachwachsenden Rohstoff, beispielsweise, insbesondere native, Stärke, vorzugsweise aus Kar- toffeln, in Mengen von mehr als 95 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des Schaumkörpers, aufweist. For the resulting foam body according to the invention, it is again preferably provided within the scope of the present invention that it contains the renewable raw material, for example, in particular native starch, preferably from potatoes, in amounts of more than 95% by weight, based on the total composition of the foam body.
Die Fig. 2A bis 2F geben einen Überblick darüber, wie sich der Zusatz unterschiedlicher Treibmittel auf die Schäumungs- und Expansionseigenschaften des expan- dierbaren Granulats auswirken kann. In der Fig. 2A ist dabei ein erfindungsgemäßer Schaumkörper dargestellt, der auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff sowie dem erfindungsgemäß bevorzugten partikulären physikalischen Treibmittel "Unicell MS 190 D" gebildet ist. Ebenso wie in den Fig. 1 A bis 1 D ist auch in der Fig. 2Azu erkennen, dass auf Basis dieser Zusammensetzung des erfindungs- gemäßen expandierbaren Granulats kompakte sowie einheitliche und von einer fein- wie geschlossenzellig ausgeprägten Schaumstruktur geprägte Schaumkörper erhalten werden. 2A to 2F give an overview of how the addition of different blowing agents can affect the foaming and expansion properties of the expandable granulate. 2A shows a foam body according to the invention which is formed on the basis of potato starch as a renewable raw material and the particulate physical blowing agent "Unicell MS 190 D" which is preferred according to the invention. As in FIGS. 1 A to 1 D, it can also be seen in FIG. 2A that on the basis of this composition of the expandable granulate according to the invention, compact and uniform foam bodies with a foam structure with fine and closed cells are obtained.
In den Fig. 2B bis 2F sind Vergleichsbeispiele von Schaumkörpern dargestellt, die aus Granulaten auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff sowie den chemischen Treibmitteln "Heco® Foam 900 C" und "Urea 46% N" erhalten wurden. Für diese Varianten ist zu erkennen, dass die Verschäumung des Granulats
weniger konsistent verläuft, sodass uneinheitliche Schaumkörper mit einem inhomogenen Schaumzellenprofil erhalten werden. Zum Teil kann ein Kollabieren der Schaumstruktur beobachtet werden (vgl. Fig. 2D) bzw. eine zu starke Expansion und Aufblähung des Granulats, sodass Hohlräume und Ausrisse resultieren (vgl. Fig. 2C und 2F). In FIGS. 2B to 2F comparative examples are shown of foam bodies obtained from granules based on potato starch as a renewable raw material, as well as chemical blowing agents "Heco ® Foam 900 C" and "Urea 46% N". For these variants it can be seen that the foaming of the granulate runs less consistently, so that inconsistent foam bodies with an inhomogeneous foam cell profile are obtained. In some cases, a collapse of the foam structure can be observed (cf. FIG. 2D) or excessive expansion and inflation of the granulate, so that cavities and tears result (cf. FIGS. 2C and 2F).
Insgesamt kann mit chemischen Treibmitteln kein so gleichmäßiger und einheitlicher Verschäumungsgrad erreicht werden, wie dies für erfindungsgemäße Granulate der Fall ist. So kann etwa auch den Fig. 2B und 2E entnommen werden, dass die Ex- pansion von Granulaten mit chemischen Treibmitteln teils schwerfällig verläuft, sodass uneinheitlich ausgebildete und strukturell wenig integre Schaumkörper erhalten werden. Expandierbare Granulate nach der vorliegenden Erfindung weisen demgegenüber überlegene Eigenschaften auf. In den Fig. 3A bis 3C ist der Einfluss von Additiven, welche dem expandierbaren Granulat vorzugsweise zugesetzt werden können, auf den aus dem expandierbaren Granulat gebildeten Schaumkörper gezeigt. Als Additive eignen sich hierbei insbesondere Polyvinylalkohol bzw. Sorbitol. Für alle in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Fälle konnte beobachtet werden, dass ein nachgiebigerer, duktilerer Schaumkörper erhal- ten wird, welcher sich gleichfalls bzw. unverändert durch ein gutes Schaumvermögen und einen hohen Expansionsgrad auszeichnen. Auf diese Weise sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur besonders harte und stabile Schäume zugänglich, sondern es können demgegenüber auch weichere, formbare Schäume hergestellt werden. Overall, it is not possible to achieve such a uniform and uniform degree of foaming with chemical blowing agents as is the case for granulates according to the invention. For example, it can also be seen from FIGS. 2B and 2E that the expansion of granules with chemical blowing agents is sometimes sluggish, so that non-uniformly formed and structurally poorly intact foam bodies are obtained. In contrast, expandable granules according to the present invention have superior properties. 3A to 3C show the influence of additives, which can preferably be added to the expandable granulate, on the foam body formed from the expandable granulate. Polyvinyl alcohol and sorbitol are particularly suitable as additives. For all the cases shown in FIGS. 3A to 3C, it could be observed that a more flexible, more ductile foam body is obtained, which is also or unchanged characterized by good foaming capacity and a high degree of expansion. In this way, within the scope of the present invention, not only are particularly hard and stable foams accessible, but, in contrast, softer, malleable foams can also be produced.
Weiterhin ist in den Fig. 4A und 4B dargestellt, welchen Einfluss insbesondere der Parameter Druck auf das Expansionsverhalten des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats hat. Dabei ist in Fig. 4A zu sehen, dass insbesondere eine Vorexpansion des expandierbaren Granulats im Vorfeld der Schaumkörpererzeugung ver- mieden werden sollte. Der aus vorexpandierten Granulaten produzierte Schaumkörper weist eine vergleichsweise geringe Dicke und Verschäumung auf. Wird demgegenüber ein expandierbares Granulat nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt, das insbesondere - so wie erfindungsgemäß insbesondere auch für das Verfahren zur Herstellung des expandierbaren Granulats vorgesehen - nicht vorexpandiert ist, kann ein dickwandiger, kompakter sowie strukturell integrer Schaumkörper erhalten werden.
In den Fig. 5A bis 5C sind in der oberen Reihe jeweils expandierbare - d.h. noch nicht expandierte - Granulatpartikel abgebildet. Das Granulat in Fig. 5A dient als Referenz und weist kein Treibmittel auf. Das erfindungsgemäße Granulat gemäß Fig. 5B enthält als partikuläres physikalisches Treibmittel "Unicell MS 190D" und ge- mäß Fig. 5C "Tracel MB 121 FG". Diese zwei Granulate sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden. Furthermore, FIGS. 4A and 4B show the influence, in particular, of the pressure parameter on the expansion behavior of the expandable granulate according to the invention. It can be seen in FIG. 4A that, in particular, a pre-expansion of the expandable granulate in advance of the foam body production should be avoided. The foam body produced from pre-expanded granules has a comparatively small thickness and foaming. If, on the other hand, an expandable granulate according to the present invention is used, which in particular - as provided according to the invention in particular for the method for producing the expandable granulate - is not pre-expanded, a thick-walled, compact and structurally integral foam body can be obtained. In FIGS. 5A to 5C, expandable - ie not yet expanded - granulate particles are shown in the upper row. The granules in FIG. 5A serve as a reference and have no propellant. The granulate according to the invention according to FIG. 5B contains “Unicell MS 190D” as the particulate physical blowing agent and according to FIG. 5C “Tracel MB 121 FG”. These two granules have been produced by the method according to the invention.
Die erfindungsgemäßen Granulate zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine linsen- bis kugelförmige Form, eine abgeschlossene gleichförmig ausgebil- dete Oberfläche sowie eine insgesamt kompakte Struktur aufweisen. Insbesondere ist gut zu erkennen, dass die erfindungsgemäßen expandierbaren Granulate in Fig. 5B und 5C, welche mit dem diesbezüglichen Flerstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden, noch nicht expandiert sind, sondern im Rahmen des Flerstellungsverfahrens lediglich extrudiert und anschließend granuliert werden. The granules according to the invention are distinguished in particular by the fact that they have a lenticular to spherical shape, a closed, uniformly designed surface and an overall compact structure. In particular, it can be clearly seen that the expandable granules according to the invention in FIGS. 5B and 5C, which were produced with the relevant production process according to the present invention, have not yet expanded, but are merely extruded and then granulated within the scope of the production process.
Im unteren Teil der Fig. 5 ist demgegenüber dargestellt, wie die erfindungsgemäßen expandierbaren Granulatpartikel im expandierten Zustand aussehen. Insbesondere zu erkennen ist die feinzeilige Struktur, welche die expandierten Granulate gemäß der Abbildung 5B bzw. 5C aufweisen. Aufgrund der zudem ausgeprägten Zellwand- stärken können die expandierten Granulatpartikel bzw. Schaumpartikel Druckbeanspruchungen länger Stand halten als beispielsweise das in der Abbildung 5A als Referenz gezeigte expandierte Stärkegranulat ohne zusätzliches Treibmittel. Ohne den Treibmittelzusatz wird eine leicht zerbrechliche und poröse Schaumzellenstruktur im Rahmen der Verschäumung bzw. Expansion zum Schaumkörper gebildet, so dass entsprechende Granulate bzw. hieraus erzeugte Schaumkörper in der Praxis wenig belastbar und kaum stabil sind. In contrast, the lower part of FIG. 5 shows how the expandable granulate particles according to the invention look in the expanded state. The fine-line structure that the expanded granules have according to FIGS. 5B and 5C can be seen in particular. Due to the pronounced cell wall thicknesses, the expanded granulate particles or foam particles can withstand pressure loads longer than, for example, the expanded starch granulate shown as a reference in Figure 5A without an additional propellant. Without the addition of propellant, an easily fragile and porous foam cell structure is formed in the course of foaming or expansion to form the foam body, so that corresponding granulates or foam bodies produced therefrom are not very resilient and hardly stable in practice.
In diesem Zusammenhang zeigen auch die in Fig. 6 abgebildeten Mikroskopieaufnahmen der in den expandierten Granulaten erzeugten Schaumstrukturen, dass je nach Treibmittelzusatz unterschiedliche Schaumzellenstrukturen erhalten werden. Fig. 6A gibt hierbei die Struktur von expandierten Stärkegranulaten, die kein Treibmittel enthalten wieder. Demgegenüber ist in den Fig. 6B und 6C die Schaumzellenstruktur für expandierte Granulatpartikel, welche ein chemisches bzw. erfindungsgemäß ein partikuläres physikalisches Treibmittel enthalten, gezeigt. In this context, the microscopic images of the foam structures produced in the expanded granules shown in FIG. 6 also show that different foam cell structures are obtained depending on the addition of blowing agent. 6A shows the structure of expanded starch granules which do not contain any propellant. In contrast, FIGS. 6B and 6C show the foam cell structure for expanded granulate particles which contain a chemical or, according to the invention, a particulate physical blowing agent.
Gemäß Fig. 6C ist ein expandierbares Granulat verwendet worden, das als Treibmittel die expandierbaren Polymerpartikel "Unicell MS 190D" aufweist. Zu erkennen ist,
dass auf Basis dieser bevorzugt verwendeten expandierbaren Polymerpartikel eine gleichmäßige sowie definierte Schaumzellenstruktur ausgebildet werden kann, die wabenförmig bzw. nahezu kugelförmig ist. Auf diese Weise kann eine hohe innere Stabilität im Schaumkörper erreicht werden. According to FIG. 6C, an expandable granulate has been used which has the expandable polymer particles "Unicell MS 190D" as a blowing agent. It can be seen that on the basis of these expandable polymer particles, which are preferably used, a uniform and defined foam cell structure can be formed which is honeycomb-shaped or almost spherical. In this way, a high level of internal stability can be achieved in the foam body.
Demgegenüber erscheint die Schaumstruktur des expandierten Granulats gemäß der Fig. 6A brüchig, dünnwandig sowie insgesamt wenig definiert. Das expandierte Granulat gemäß Fig. 6B enthält als Treibmittel granulären "Urea 46% N Fl arn Stoff. Im expandierten Granulatpartikel kann ein dünnwandiges und unregelmäßiges Schaumzellenmuster erkannt werden, was eine geringere Belastbarkeit und ein uneinheitliches Eigenschaftsprofil unter Beanspruchung, d.h. bei Verwendung bspw. als Abstandhalter oder Stützstruktur, nach sich zieht. Flervorragende Schäumungsergebnisse werden demgegenüber erhalten, wenn - wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen - expandierbare Polymerpartikel wie "Unicell MS 190 D" im expandierbaren Granulat verwendet werden. In contrast, the foam structure of the expanded granulate according to FIG. 6A appears brittle, thin-walled and overall poorly defined. The expanded granulate according to FIG. 6B contains granular urea 46% N fl arn substance as blowing agent. A thin-walled and irregular foam cell pattern can be recognized in the expanded granulate particles, which results in a lower load-bearing capacity and a non-uniform profile of properties under stress, ie when used, for example, as a spacer In contrast, excellent foaming results are obtained if - as is preferably provided in the context of the present invention - expandable polymer particles such as "Unicell MS 190 D" are used in the expandable granulate.
Weiterhin sind in der Fig. 7 Mikroskopieaufnahmen der Schaumzellenstruktur von erfindungsgemäßen Schaumkörpern in deren Randbereich gezeigt. Gemäß Abbildung 7A ist dabei ein Schaumkörper, welcher auf Basis eines expandierbaren Granulats mit Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff sowie "Unicell MS 190 D" als partikulärem Treibmittel erhalten wurde, abgebildet. Ebenso wie in Abbildung 5C kann auch für die Abbildung 7A gesehen werden, dass die Schaumstruktur des erfindungsgemäßen Schaumkörpers besonders gleichmäßig sowie insbesondere waben- bzw. nahezu kugelförmig ausgebildet ist. Die Außenhaut bzw. die äußere Schaumstruktur ist abgeschlossen, so dass auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen Schaumkörpers eine geschlossene, durchgehende Außenhaut bzw. Außenstruktur erhalten wird. In der Fig. 7B ist ein Schaumkörper aus einem vergleichbaren expandierbaren Granulat gezeigt, der gegenüber dem Schaumkörper aus der Fig. 7A eine geringere Formteilhöhe bzw. Schaumkörperhöhe aufweist. Dementsprechend verdichtet erscheint die Schaumstruktur an der Außenseite des erfindungsgemäßen Schaumkörpers. Mittels geringerer Expansionshöhen kann demnach im Rahmen der vorliegen- den Erfindung erreicht werden, dass Schaumkörper gebildet werden, die eine besonders dichte und kompakte Außenschicht aufweisen und auf diese Weise insbesondere widerstandsfähig gegen äußere Belastungen bzw. das Eindringen äußerer
Faktoren wie beispielsweise Feuchtigkeit, Schimmelpilze oder Bakterien, sind. Auf dieser Grundlage kann insbesondere auch erklärt werden, dass die erfindungsgemäßen expandierbaren Granulate bzw. die damit erhältlichen Schaumkörper eine unerwartet hohe Lagerstabilität aufweisen, ungeachtet des Aspekts, dass im Rah- men der vorliegenden Erfindung insbesondere ausschließlich biologisch abbaubare sowie biogene Rohstoffe verwendet werden. In addition, FIG. 7 shows microscopic recordings of the foam cell structure of foam bodies according to the invention in their edge region. According to Figure 7A, a foam body is shown, which was obtained on the basis of an expandable granulate with potato starch as a renewable raw material and "Unicell MS 190 D" as a particulate blowing agent. As in FIG. 5C, it can also be seen for FIG. 7A that the foam structure of the foam body according to the invention is particularly uniform and, in particular, honeycomb or almost spherical. The outer skin or the outer foam structure is closed off, so that a closed, continuous outer skin or outer structure is obtained on the surface of the foam body according to the invention. 7B shows a foam body made of a comparable expandable granulate which, compared to the foam body from FIG. 7A, has a lower molded part height or foam body height. The foam structure appears correspondingly compressed on the outside of the foam body according to the invention. By means of lower expansion heights it can accordingly be achieved within the scope of the present invention that foam bodies are formed which have a particularly dense and compact outer layer and in this way are particularly resistant to external loads or the penetration of external ones Factors such as moisture, mold or bacteria. On this basis it can also be explained in particular that the expandable granules according to the invention or the foam bodies obtainable therewith have an unexpectedly high storage stability, regardless of the aspect that in the context of the present invention in particular exclusively biodegradable and biogenic raw materials are used.
Ähnlich gute Ergebnisse wie im Rahmen der Fig. 7A bzw. 7B werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch dann erhalten, wenn als partikuläres Treibmittel, insbesondere expandierbare Polymerpartikel, sog. "Tracel MB 121 FG"-Sphären im erfindungsgemäßen expandierbaren Granulat enthalten sind. Die erzielten Schaumstrukturen in den diesbezüglichen erfindungsgemäßen Schaumkörpern weisen wiederum einen besonders regelmäßigen, kompakten sowie geschlossenzelligen Aufbau auf, der auf der Ausbildung von wabenförmigen bzw. nahezu kugelförmigen Schaumzellen beruht. Similar good results as in FIGS. 7A and 7B are also obtained in the context of the present invention if the expandable granulate according to the invention contains so-called "Tracel MB 121 FG" spheres as the particulate blowing agent, in particular expandable polymer particles. The foam structures achieved in the related foam bodies according to the invention in turn have a particularly regular, compact and closed-cell structure based on the formation of honeycomb or almost spherical foam cells.
Auch bei der Verwendung von "Tracel MB 121 FG" wird eine nach außen hin abgeschlossene, durchgehende Außenoberfläche auf dem Schaumkörper ausgebildet, so dass eine gute Lagerstabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Ein- flüssen resultiert (vgl. Fig. 7C und 7D). Even when using "Tracel MB 121 FG", a continuous outer surface closed to the outside is formed on the foam body, so that good storage stability and resistance to external influences result (cf. FIGS. 7C and 7D).
Gemäß Fig. 8 ist exemplarisch bzw. schematisch ein Formkörper 1 , welcher aus zwei erfindungsgemäßen Schaumkörpern zusammengesetzt ist, dargestellt. Der entsprechende Formkörper 1 kann insbesondere dadurch erhalten werden, dass die erfindungsgemäßen Schaumkörper durch ledigliches Anfeuchten ihrer Seitenflächen miteinander verklebt werden. Diese Verklebung ist dabei stabil und haltbar, so dass es insbesondere auch möglich ist, den Formkörper 1 in einem Teil mit einem Gewicht 2 zu belasten, ohne dass der Verbund zwischen den beiden Schaumkörpern nachgibt. Damit können insbesondere noch einmal die hohe Belastbarkeit bzw. Stabilität der erfindungsgemäßen Schaumkörper sowie insbesondere auch der daraus gefertigten Formteile unterstrichen werden. According to FIG. 8, a shaped body 1, which is composed of two foam bodies according to the invention, is shown by way of example or schematically. The corresponding shaped body 1 can in particular be obtained in that the foam bodies according to the invention are glued to one another by merely moistening their side surfaces. This bonding is stable and durable, so that it is in particular also possible to load the molded body 1 in one part with a weight 2 without the bond between the two foam bodies yielding. In this way, the high load-bearing capacity or stability of the foam bodies according to the invention and, in particular, of the molded parts made therefrom can be underlined once again.
Schließlich ist in Fig. 9 das erfindungsgemäße Verfahren zur Flerstellung eines Schaumkörpers schematisch abgebildet. Gemäß dem erfindungsgemäßen Flerstel- lungsverfahren wird das erfindungsgemäße expandierbare Granulat insbesondere unter der Einwirkung von Druck bzw. Temperatur, vorzugsweise Druck und Temperatur, in einen Schaumkörper überführt.
Hierbei hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bewährt, wenn diese Überführung bzw. Umsetzung des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats in den Schaumkörper bei einer Temperatur in einem Bereich von mehr als 120 °C, insbesondere mehr als 150 °C, vorzugsweise mehr als 170 °C, und/oder bei einem Druck in einem Bereich von 20 bis 40 bar, insbesondere 22 bis 35 bar, vorzugsweise 23 bis 30 bar, bevorzugt über eine Dauer von 70 bis 250 Sekunden, insbesondere 90 bis 200 Sekunden, vorzugsweise 100 bis 200 Sekunden, durchgeführt wird. Finally, the method according to the invention for producing a foam body is shown schematically in FIG. 9. According to the production process according to the invention, the expandable granules according to the invention are converted into a foam body, in particular under the action of pressure or temperature, preferably pressure and temperature. It has proven particularly useful in the context of the present invention if this conversion or conversion of the expandable granules according to the invention into the foam body at a temperature in a range of more than 120 ° C., in particular more than 150 ° C., preferably more than 170 ° C, and / or at a pressure in a range from 20 to 40 bar, in particular 22 to 35 bar, preferably 23 to 30 bar, preferably over a period of 70 to 250 seconds, in particular 90 to 200 seconds, preferably 100 to 200 seconds , is carried out.
Dazu wird das erfindungsgemäße Granulat in einer entsprechenden Vorrichtung zur Erzeugung von Druck und/oder Temperatur, insbesondere Druck und Temperatur, zum Schaumkörper umgesetzt, wobei es sich bei dieser Vorrichtung vorzugsweise um ein Presswerkzeug, bevorzugt um eine Plattenpresse, handelt. In die entspre- chende Vorrichtung wird das erfindungsgemäße Granulat in ein in der Plattenpresse befindliches Formteilwerkzeug im Prozessschritt A eingebracht. Daraufhin wird die Presse in Schritt B verschlossen sowie das Granulat bei den vorgenannten Temperaturen bzw. Drücken über den vorgenannten Zeitraum unter Druck erwärmt (vgl. Schritt C). Im Anschluss daran wird die obere Platte der Vorrichtung zurückgefahren, insbesondere um den Betrag der gewünschten Schaumkörperdicke, woraufhin das expandierbare Granulat zum erfindungsgemäßen Schaumkörper aufschäumt bzw. expandiert sowie simultan aushärtet (vgl. Schritt D). Nach einer kurzen Abkühlphase kann der erhaltene erfindungsgemäße Schaumkörper dann aus der Vorrichtung entnommen werden (vgl. Schritt E).
For this purpose, the granulate according to the invention is converted into a foam body in a corresponding device for generating pressure and / or temperature, in particular pressure and temperature, this device preferably being a pressing tool, preferably a plate press. In process step A, the granulate according to the invention is introduced into the corresponding device in a molding tool located in the platen press. The press is then closed in step B and the granulate is heated under pressure at the aforementioned temperatures or pressures for the aforementioned period of time (cf. step C). The upper plate of the device is then moved back, in particular by the amount of the desired foam body thickness, whereupon the expandable granulate foams or expands to form the foam body according to the invention and cures simultaneously (cf. step D). After a short cooling phase, the foam body according to the invention obtained can then be removed from the device (cf. step E).
Ausführungsbeispiele: Embodiments:
1. Herstellung eines erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats Für die Herstellung erfindungsgemäßer expandierbarer Granulate werden insbesondere die folgenden Ausgangsmaterialien verwendet: 1. Production of an expandable granulate according to the invention For the production of expandable granules according to the invention, the following starting materials are used in particular:
Nachwachsender Rohstoff: Renewable raw material:
Als nachwachsender Rohstoff wird native Stärke aus verschiedenen pflanzlichen Quellen eingesetzt: Native starch from various vegetable sources is used as a renewable raw material:
• Kartoffelstärke (bspw. von der Fa. Emsland GmbH, Typ "Superior G")• Potato starch (for example from Emsland GmbH, type "Superior G")
• Maisstärke (bspw. von der Fa. Cargill Deutschland GmbH, Typ "C*Size 03453) • Corn starch (for example from Cargill Deutschland GmbH, type "C * Size 03453)
• Erbsenstärke (bspw. von der Fa. Emsland GmbH, Typ "Erbsenstärke") • Pea starch (for example from Emsland GmbH, type "pea starch")
Treibmittel: Als partikuläre physikalische Treibmittel werden insbesondere die folgenden expandierbaren Polymerpartikel eingesetzt: Blowing agents: In particular, the following expandable polymer particles are used as particulate physical blowing agents:
• Unicell MS190 D (Fa. Tramaco GmbH) • Unicell MS190 D (Tramaco GmbH)
• Tracel MB 121 FG (Fa. Tramaco GmbH) sowie im Rahmen von Vergleichsbeispielen als chemische Treibmittel granulärer "Urea 46% N"-Harnstoff (Fa. Yara GmbH & Co. KG) und "Heco®Foam 900 C" (Fa. HECOPLAST® GmbH). • Tracel MB 121 FG (from Tramaco GmbH) and, in the context of comparative examples, granular "Urea 46% N" urea (from Yara GmbH & Co. KG) and "Heco®Foam 900 C" (from HECOPLAST) as chemical blowing agents ® GmbH).
Additive: Additives:
Bedarfsbezogen werden der Granulatzusammensetzung eines oder mehrere der folgenden Additive zugegeben: Depending on requirements, one or more of the following additives are added to the granulate composition:
• Härtungsmittel, etwa Malzmehl (bspw. von der Fa. Teltomalz GmbH, Typ „Aromamalzmehl Gerste EBC 10“) • Hardening agents, such as malt flour (for example from Teltomalz GmbH, type "Aroma malt flour barley EBC 10")
• Weichmacher, etwa PVA (bspw. von der Fa. Kuraray Europe GmbH, Typ "Poval LM-20" bzw. "Poval L-30" oder Sorbitol (bspw. Von der Fa. Sigma Aldrich Chemie GmbH, Typ "D-Sorbitol")
Die Erzeugung des Granulats erfolgt auf konventionellen Doppelschneckenextruderanlagen, bspw. vom Typ EMP 26-40, TSA Industriale S.r.l. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. für die Herstellung des erfindungsgemäßen Granulats verwendeten Extruder weisen mehrere, vorzugsweise drei, Verfahrenszo- nen sowie insbesondere bis zu acht Temperaturzonen, auf. Demnach können einige der Prozessschritte auch über mehrere Temperaturzonen hinweg durchgeführt werden, wenn bspw. mehrere dieser in einer Verfahrenszone angeordnet sind. • Plasticizers, such as PVA (for example from Kuraray Europe GmbH, type “Poval LM-20” or “Poval L-30” or sorbitol (for example from Sigma Aldrich Chemie GmbH, type “D-sorbitol ") The granulate is produced on conventional twin-screw extruder systems, for example of the EMP 26-40 type, TSA Industriale Srl eight temperature zones. Accordingly, some of the process steps can also be carried out over several temperature zones if, for example, several of these are arranged in one process zone.
Im Rahmen der Herstellung des erfindungsgemäßen Granulates werden in einem ersten Prozessschritt (A) der nachwachsende Rohstoff und das Treibmittel in Form einer T rockenmischung bereitgestellt und so gemeinsam in die erste Verfahrenszone des Extruders eingebracht und vorzugsweise auf 80 °C erwärmt. Die Ausgangsstoffe werden in einem zweiten Prozessschritt (B) kontinuierlich in eine, insbesondere homogene, Pulvermischung überführt sowie in die zweite Verfahrenszone des Extru- ders gefördert, in welcher die Mischung mit Wasser versetzt wird. Hierbei wird das Wasser in den Extrusionsprozess insbesondere zusätzlich eingespeist, um vorzugsweise dem Aufschluss der Stärke als auch als zusätzliches Treibmittel zu dienen. Die Wasserzugabe erfolgt insbesondere bei Temperaturen von ca. 100 °C. Nachfolgend, in einem dritten Prozessschritt (C), wird die erhaltene, insbesondere viskose bzw. pastöse, Mischung weiter kontinuierlich bei Temperaturen von 110 °C vermengt sowie weiter in eine dritte Verfahrenszone des Extruders gefördert. Hier wird die Mischung sukzessive komprimiert und entgast sowie gekühlt, insbesondere zunächst auf 105 °C sowie schließlich auf 100 °C. Im fünften Prozessschritt (E) erfolgt dann die Extrusion und Granulierung zum erfindungsgemäßen expandierbaren Granulat. Hierzu ist ein Heißabschlag an den Extruder angeflanscht, welcher mit einer variablen Drehzahl der Messer in einem Bereich von 100 bis 500 rpm arbeitet. As part of the production of the granulate according to the invention, in a first process step (A) the renewable raw material and the blowing agent are provided in the form of a dry mixture and thus introduced together into the first process zone of the extruder and preferably heated to 80 ° C. In a second process step (B), the starting materials are continuously converted into an, in particular homogeneous, powder mixture and conveyed into the second process zone of the extruder, in which the mixture is mixed with water. In particular, the water is additionally fed into the extrusion process in order to preferably serve to break down the starch and also as an additional blowing agent. The addition of water takes place in particular at temperatures of approx. 100 ° C. Subsequently, in a third process step (C), the obtained, in particular viscous or pasty, mixture is continuously mixed further at temperatures of 110 ° C. and conveyed further into a third process zone of the extruder. Here the mixture is successively compressed and degassed and cooled, in particular initially to 105 ° C and finally to 100 ° C. In the fifth process step (E), the extrusion and granulation to give the expandable granulate according to the invention then takes place. For this purpose, a hot cut is flanged to the extruder, which works with a variable speed of the blades in a range from 100 to 500 rpm.
Es ist hierbei insbesondere ein erfindungswesentlicher Aspekt, dass es im Zuge der zuvor beschriebenen Extrusion lediglich zur Treibmittelbeladung, nicht jedoch zu ei- ner Vorexpansion des erfindungsgemäßen Granulats kommt. Auf diese Weise kann die Verschäumung des Granulats zu bspw. einem Schaumkörper zeitlich getrennt stattfinden sowie im Hinblick auf Form, Gestalt, Struktur und Aufbau des Schaumkörpers bedarfsgerecht angepasst werden. Als Treibmittel werden bevorzugt expandierbare Polymerpartikel bzw. insbesondere sphärische Mikrohohlpartikel- bzw. -kugeln wie etwa "Unicell MS190D" oder "Tracel MB 121 FG" der Fa. Tramaco eingesetzt. Diese beinhalten eine Kombination
aus 2,2,4-Trimethylpentan (> 15 - < 20 %) und 2-Methylbutan (> 5 - < 10 %) bzw. vorrangig 2-Methylbutan (> 15 - 20 %), wobei die vorgenannten niederen Alkane bspw. in Acrylonitril / Methacrylonitril / Methylmethacrylat-Copolymer (> 70 - < 80 %) eingekapselt sind. Bei diesen bevorzugten Treibmitteln handelt es sich um physika- lische endotherme Treibmittel, wobei es erfindungsgemäß insbesondere von Vorteil ist, dass der eigentlich treibend wirkende Bestandteil des Treibmittels verkapselt in einer Polymerhülle vorliegt. So ist zum einen eine präzise Dosierung des T reibmittels möglich sowie zum anderen, insbesondere im Hinblick auf die Expansion bzw. Verschäumung des erfindungsgemäßen Granulats, eine Ausbildung einer fein- und ge- schlossenzelligen Schaumstruktur. Darüber hinaus wird insbesondere eine hohe Haltbarkeit des erfindungsgemäßen Granulats erreicht, ohne dass dieses seine Funktionalität verliert. It is an essential aspect of the invention, in particular, that in the course of the extrusion described above, there is only a propellant loading, but not a pre-expansion of the granulate according to the invention. In this way, the foaming of the granulate to form a foam body, for example, can take place separately in time and can be adapted as required with regard to the shape, shape, structure and structure of the foam body. Expandable polymer particles or, in particular, spherical micro-hollow particles or spheres such as "Unicell MS190D" or "Tracel MB 121 FG" from Tramaco are preferably used as blowing agents. These include a combination from 2,2,4-trimethylpentane (> 15 - <20%) and 2-methylbutane (> 5 - <10%) or primarily 2-methylbutane (> 15-20%), the aforementioned lower alkanes, for example in Acrylonitrile / methacrylonitrile / methyl methacrylate copolymer (> 70 - <80%) are encapsulated. These preferred propellants are physical endothermic propellants, it being particularly advantageous in accordance with the invention that the propellant component of the propellant is encapsulated in a polymer shell. Thus, on the one hand, precise metering of the propellant is possible and, on the other hand, in particular with regard to the expansion or foaming of the granulate according to the invention, the formation of a fine- and closed-cell foam structure. In addition, the granulate according to the invention has a particularly long shelf life without losing its functionality.
Im Zuge der Herstellung des erfindungsgemäßen Granulats wird das erfindungsge- mäße Verfahren mit beispielhaften Durchsätzen von: In the course of the production of the granulate according to the invention, the method according to the invention is carried out with exemplary throughputs of:
• 2,5 bis 2,8 kg/h Feststoffanteil, • 2.5 to 2.8 kg / h solids content,
• 0,5 bis 1 ,0 kg/h (bzw. l/h) Flüssigdosierung (Wasser) bei einer Drehzahl der Extruderschnecke von 100 rpm durchgeführt. • 0.5 to 1.0 kg / h (or l / h) liquid metering (water) carried out at an extruder screw speed of 100 rpm.
Anpassungen hinsichtlich der Temperaturführung, des Durchsatzes, der Drehzahlen und der Wasserzuführung sind dabei möglich bzw. an jeweilige Prozessbedingungen (verwendete Anlagen, Schneckengeometrien und Stärke) anzupassen. Adjustments in terms of temperature control, throughput, speeds and water supply are possible or adapted to the respective process conditions (systems used, screw geometries and strength).
Erfindungsgemäß werden insbesondere gute Ergebnisse erhalten, wenn die Extru- datfeuchte (die Feuchtigkeit der extrudierten Granulate) zwischen 6 und 14 % und vorzugsweise zwischen 8 und 11 % liegt. In diesem Fall entsteht ein hinreichender Schäumeffekt durch das als Treibmittel fungierende Wasser, aber dennoch keine Schimmelausbildung während der Granulatlagerung. According to the invention, good results are obtained in particular when the moisture content of the extrudate (the moisture content of the extruded granules) is between 6 and 14% and preferably between 8 and 11%. In this case there is a sufficient foaming effect due to the water acting as a blowing agent, but there is still no mold formation during storage of the granules.
Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über verwendete Rezepturen und Prozessparameter für die Herstellung des erfindungsgemäßen expandierbaren Granulats. In Figur 5 sind beispielhaft drei unterschiedliche Granulate, d.h. ein Ver- gleichsgranulat und zwei erfindungsgemäße expandierbare Granulate sowie deren Expandate, dargestellt.
Tabelle 1 : Übersicht über die Ausführungsbeispiele 1 bis 5
The following table gives an overview of the formulations and process parameters used for the production of the expandable granules according to the invention. In FIG. 5, three different granules are shown by way of example, ie a comparison granules and two expandable granules according to the invention and their expandates. Table 1: Overview of the exemplary embodiments 1 to 5
Legende: Legend:
KST : Kartoffelstärke Mengen: in [parts per hundred rubber]KST: Potato starch quantities: in [parts per hundred rubber]
MST: Maisstärke Durchsatz: in [kg/h] MST: corn starch throughput: in [kg / h]
EST: Erbsenstärke Drehzahl: in [mim1] EST: pea starch speed: in [mim 1 ]
TM1-4: Treibmittel 1-4, wobei T: Temperatur, in [°C]TM1-4: Propellant 1-4, where T: temperature, in [° C]
TM1 = "Unicell MS190 D" p: Druck, in [bar] TM2 = "Heco®Foam 900 C" TM3 = "Urea 46% N" E: erfindungsgemäß TM1 = "Unicell MS190 D" p: pressure, in [bar] TM2 = "Heco®Foam 900 C" TM3 = "Urea 46% N" E: according to the invention
TM4 = "Tracel MB 121 FG" V: Vergleichsbeispiel
Tabelle 2: Übersicht über die Ausführungsbeispiele 6 bis 10
TM4 = "Tracel MB 121 FG" V: comparative example Table 2: Overview of the exemplary embodiments 6 to 10
Legende: Legend:
KST : Kartoffelstärke Mengen: in [parts per hundred rubber]KST: Potato starch quantities: in [parts per hundred rubber]
MST: Maisstärke Durchsatz: in [kg/h] MST: corn starch throughput: in [kg / h]
EST: Erbsenstärke Drehzahl: in [mim1] EST: pea starch speed: in [mim 1 ]
TM1-4: Treibmittel 1-4, wobei T: Temperatur, in [°C]TM1-4: Propellant 1-4, where T: temperature, in [° C]
TM1 = "Unicell MS190 D" p: Druck, in [bar] TM2 = "Heco®Foam 900 C" TM3 = "Urea 46% N" E: erfindungsgemäß TM1 = "Unicell MS190 D" p: pressure, in [bar] TM2 = "Heco®Foam 900 C" TM3 = "Urea 46% N" E: according to the invention
TM4 = "Tracel MB 121 FG" V: Vergleichsbeispiel
2. Bestimmung von Expansionsindizes für erfindungsgemäße expandierbare Granulate. TM4 = "Tracel MB 121 FG" V: comparative example 2. Determination of expansion indices for expandable granules according to the invention.
Zur Bestimmung von Expansionsindizes für das expandierbare Granulat nach der vorliegenden Erfindung wurde das Volumen einzelner Granulatpartikel vor und nach der Expansion des Granulatpartikels bestimmt und dieses dann miteinander ins Verhältnis gesetzt. In den Rezepturen ist dabei die Menge des Treibmittels je auf 100 Teile nachwachsenden Rohstoff bezogen. Im Detail wurde für die Durchführung der Versuche ein Popcorn-Automat PC 3751 von Severin Elektrogeräte GmbH verwendet. In den Versuchsreihen wird die Erhitzungstemperatur bei etwa 180 °C konstant gehalten, wohingegen die Haltezeit zwischen 1 und 2 Minuten, je nach Aufschäumverhalten, variiert. Die Probe des expandierbaren Granulats wird in den Heizeinsatz gegeben, die Deckelöffnung mit einem Füllbecher verschlossen und der Heizvorgang initiiert. To determine expansion indices for the expandable granulate according to the present invention, the volume of individual granulate particles was determined before and after the expansion of the granulate particle and these were then compared with one another. In the recipes, the amount of propellant is based on 100 parts of renewable raw material. In detail, a PC 3751 popcorn machine from Severin Elektrogeräte GmbH was used to carry out the experiments. In the test series, the heating temperature is kept constant at around 180 ° C, whereas the holding time varies between 1 and 2 minutes, depending on the foaming behavior. The sample of the expandable granulate is placed in the heating insert, the lid opening is closed with a filling cup and the heating process is initiated.
Jede Granulatprobe wird für eine möglichst genaue Volumenbestimmung idealisiert betrachtet, indem eine Ellipsenform für die nicht expandierten Partikel, sowie eine Kugelform für die aufgeschäumten Partikel angenommen wird. Um das Volumen der Kugelform zu bestimmen, wird die längste Sehne, sowie die Breite und Höhe des Granulats gemessen. Anschließend erfolgt eine Mittelwertbestimmung aus den drei gemessenen Werten, wobei dieser Mittelwert dann als Durchmesser für die Volumenberechnung einer Kugel dient. Zur Berechnung des Volumens der Ellipsenform wird ebenfalls die längste Sehne sowie die Breite und Höhe der Partikel gemessen, wobei die längste Sehne als erste Halbachse, die Breite als zweite Halbachse und die Höhe als dritte Halbachse angenommen werden. Each granulate sample is idealized for the most precise volume determination possible by assuming an elliptical shape for the non-expanded particles and a spherical shape for the foamed particles. To determine the volume of the spherical shape, the longest chord as well as the width and height of the granulate are measured. The mean value is then determined from the three measured values, this mean value then being used as the diameter for calculating the volume of a sphere. To calculate the volume of the elliptical shape, the longest chord as well as the width and height of the particles are also measured, with the longest chord as the first semiaxis, the width as the second semiaxis and the height as the third semiaxis.
Die Berechnung der Volumina erfolgt dann anhand der folgenden Formeln: The volumes are then calculated using the following formulas:
Volumen des Ellipsoids:
Volume of the ellipsoid:
Volumen der Kugel:
Von jeder Probe erfolgt eine Zehnfachmessung. Die getrockneten Partikel werden zunächst mit einem Messschieber vermessen. Aus den gemessenen Werten wird das Volumen berechnet und der Mittelwert genommen. Anschließend erfolgt die Verschäumung der expandierbaren Granulatproben unter Heißluftbeaufschlagung. Nach dem Schäumvorgang werden die Granulate erneut vermessen und anhand der Messwerte das Volumen berechnet sowie der Mittelwert gebildet. Aus dem Volumenverhältnis der Partikel vor und nach ihrer Expansion kann dann der Expansionsindex gemäß der folgenden Formel berechnet werden. Volume of the sphere: Ten measurements are made on each sample. The dried particles are first measured with a vernier caliper. The volume is calculated from the measured values and the mean value is taken. The expandable granulate samples are then foamed while hot air is applied. After the foaming process, the granules are measured again and the volume is calculated based on the measured values and the mean value is calculated. The expansion index can then be calculated using the following formula from the volume ratio of the particles before and after their expansion.
Expansionsindex:
Expansion index:
Die diesbezüglichen Ergebnisse und Werte sind in der folgenden Tabelle 3 zusammengefasst. The related results and values are summarized in Table 3 below.
Tabelle 3: Expansionsindizes für Granulate aus den Beispielen
Legende: Table 3: Expansion indices for granules from the examples Legend:
TM1 = "Unicell MS190 D" TM1 = "Unicell MS190 D"
TM2 = "Tracel MB 121 FG" TM2 = "Tracel MB 121 FG"
Im Ergebnis zeigt sich, dass insbesondere bei der Verwendung des bevorzugten partikulären Treibmittels "Unicell MS190 D" besonders hohe Expansionsraten erzielt werden, wobei jedoch auch bei Verwendung des gleichfalls vorzugsweise eingesetzten partikulären Treibmittels "Tracel MB 121 FG" gute Expansionsindizes für das erfindungsgemäße expandierbare Granulat erreicht werden, insbesondere im Vergleich zur Referenz, im Rahmen derer lediglich Wasser als Treibmittel verwendet wird. Das erfindungsgemäße Granulat verfügt demnach über ein insbesondere deutlich gesteigertes Expansionsvermögen und hebt sich dadurch auch von vergleichbaren Granulaten des Standes der Technik ab. The result shows that particularly high expansion rates are achieved when using the preferred particulate blowing agent "Unicell MS190 D", but good expansion indices are achieved for the expandable granulate according to the invention even when using the particulate blowing agent "Tracel MB 121 FG", which is also preferably used especially in comparison to the reference, in which only water is used as a propellant. The granulate according to the invention accordingly has, in particular, a significantly increased expansion capacity and thus also stands out from comparable granulates of the prior art.
Wie in den oben beschriebenen Figurendarstellungen schon ausgeführt, wird weiter- hin durch die Verwendung der bevorzugten expandierbaren Polymerpartikel ein gleichmäßiges Schaumzellenmuster erhalten, sodass insgesamt strukturell integre sowie äußerlich belastbare Schaumkörper auf Basis des erfindungsgemäßen Granulats erhalten werden können. 3. Herstellung eines erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Schaumkörpers As already stated in the figure representations described above, the use of the preferred expandable polymer particles also gives a uniform foam cell pattern, so that overall structurally integral and externally resilient foam bodies based on the granulate according to the invention can be obtained. 3. Production of a biodegradable foam body according to the invention
Aus dem erfindungsgemäßen expandierbaren Granulaten, die gemäß 1. erhalten wurden, können mit dem zuvor beschriebenen Schäum- bzw. Expansionsverfahren Schaumkörper hergestellt werden. Foam bodies can be produced from the expandable granules according to the invention which were obtained according to 1. using the foaming or expansion process described above.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist exemplarisch auch in Fig. 9 abgebildet. The sequence of the method according to the invention is also shown in FIG. 9 by way of example.
Die Granulate gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 10 sind für die Herstellung von Schaumkörpern verwendet worden. Hierzu werden 25 g des Granulats eingewogen und in ein in einer Plattenpresse, bspw. vom Typ LP-S-20, Labtech, befindliches Formteilwerkzeug eingefüllt (vgl. Schritt A von Fig. 9). Die Presse wird verschlossen (Schritt B von Fig. 9) und das Granulat bei einer Temperatur von 200 °C, bezogen sowohl auf die Unter- als auch die Oberplatte, und einem Druck von 25 bar über 150 Sekunden unter Druck erwärmt (Schritt C von Fig. 9). Im Anschluss wird die Oberplatte zurückgefahren auf die gewünschte Schaumkörperdicke, woraufhin
das expandierbare Granulat zum Schaumkörper aufschäumt sowie simultan aushärtet (Schritt D von Fig. 9). Abschließend kann der erhaltenen Schaumkörper entnommen werden (Schritt E von Fig. 9). Im Ergebnis kann auf diese Weise ein insbesondere dickwandiger Schaumkörper mit frei gestaltbarer Geometrie erhalten werden, wobei die Geometrie des Schaumkörpers insbesondere durch das verwendete Formteilwerkzeug vorgegeben werden kann. Eine exemplarische Abbildung eines erfindungsgemäßen Schaumkörpers ist etwa den Figuren 1A bis 1D zu entnehmen. The granules according to Examples 1 to 10 have been used for the production of foam bodies. For this purpose, 25 g of the granulate are weighed out and poured into a molding tool located in a platen press, for example of the LP-S-20 type, Labtech (cf. step A of FIG. 9). The press is closed (step B of FIG. 9) and the granulate is heated under pressure at a temperature of 200 ° C., based on both the lower and the upper plate, and a pressure of 25 bar for 150 seconds (step C of Fig. 9). The top plate is then moved back to the desired foam body thickness, whereupon the expandable granulate foams up to form the foam body and simultaneously hardens (step D of FIG. 9). The foam body obtained can then be removed (step E of FIG. 9). As a result, a particularly thick-walled foam body with freely configurable geometry can be obtained in this way, the geometry of the foam body in particular being able to be predetermined by the molding tool used. An exemplary illustration of a foam body according to the invention can be found in FIGS. 1A to 1D.
4. Stauchhärten und Haltbarkeit erfindungsgemäßer Schaumkörper 4. Compression hardening and durability of foam bodies according to the invention
In Anlehnung an die Vorgaben der DIN EN ISO 844:2014 wurden die Druckfestigkeit bzw. Stauchhärte erfindungsgemäßer Schaumkörper nach unterschiedlichen Lager- Zeiten bestimmt. Abweichungen von Norm betrugen die Probenkörperhöhen von ca. 25 mm, 30 mm und 35 mm (anstelle geforderter 50 mm) sowie Flächen von ca. 16 cm2 (anstelle der geforderten Mindestfläche von 25 cm2). Based on the specifications of DIN EN ISO 844: 2014, the compressive strength or compressive strength of foam bodies according to the invention were determined after different storage times. Deviations from the norm were the specimen heights of approx. 25 mm, 30 mm and 35 mm (instead of the required 50 mm) and areas of approx. 16 cm 2 (instead of the required minimum area of 25 cm 2 ).
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 4 wiedergegeben. The results are shown in Table 4 below.
Tabelle 4: Druckfestigkeiten von Schaumkörpern, verschäumt 1 Woche nach Granulaterzeugung, getestet nach unterschiedlichen Lagerzeiten im Normklima, Granulate auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff sowie 1 ,5 Teilen "Unicell MS 190 D" als partikulärem Treibmittel, wobei die Menge Treibmittel auf 100 Teile nachwachsenden Rohstoff bezogen ist.
Wie den Werten entnommen werden kann, nimmt die Druckfestigkeit der erfindungsgemäßen Schaumformteile 1 Woche nach deren Herstellung tendenziell geringfügig ab, steigt daraufhin jedoch wieder an und findet sich im Bereich der Ursprungshärte wieder. Table 4: Compressive strengths of foam bodies, foamed 1 week after granulate production, tested after different storage times in a standard climate, granulates based on potato starch as a renewable raw material and 1.5 parts of "Unicell MS 190 D" as a particulate blowing agent, the amount of blowing agent being per 100 parts based on renewable raw materials. As can be seen from the values, the compressive strength of the molded foam parts according to the invention tends to decrease slightly 1 week after their production, but then increases again and is in the range of the original hardness.
Der Versuch illustriert insbesondere die Belastbarkeit und Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Schaumkörper, welche insbesondere auch über mehrere Wochen gegeben ist. Dieser Effekt ist insbesondere deshalb nicht selbstverständlich, da die erfindungsgemäßen Schaumkörper sowie auch das erfindungsgemäße Granulat eine insbesondere gute Wasserlöslichkeit aufweisen, welche grundlegend zu der hervorragenden Bioabbaubarkeit der erfindungsgemäßen Erzeugnisse beiträgt. Dass die erfindungsgemäßen Schaumkörper dessen ungeachtet auch nach mehrwöchiger Lage- rung in relativ feuchter Umgebung die hohen Druckfestigkeiten gemäß Tabelle 4 aufweisen, ist als umso überraschender und vorteilhafter gegenüber bekannten Granulaten zu bewerten. The experiment illustrates in particular the resilience and durability of the foam bodies according to the invention, which is also given in particular over several weeks. In particular, this effect is not self-evident because the foam bodies according to the invention and also the granules according to the invention have particularly good solubility in water, which contributes fundamentally to the excellent biodegradability of the products according to the invention. The fact that the foam bodies according to the invention nevertheless have the high compressive strengths according to Table 4 even after storage for several weeks in a relatively moist environment is to be assessed as all the more surprising and advantageous compared to known granulates.
Weiterhin wurden die Stauchhärten erfindungsgemäßer Schaumkörper, d.h. von Schaumkörpern, die aus einem expandierbaren Granulat aus einem natürlichen Rohstoff und einem partikulären physikalischen Treibmittel hergestellt wurden, im Vergleich zu Schaumkörpern, die aus Granulaten erzeugt wurden, die ein chemisches Treibmittel enthalten, gemessen. Die diesbezüglichen Messungen werden wie oben beschrieben durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgen- den Tabelle zusammengefasst.
Furthermore, the compressive strengths of foam bodies according to the invention, ie foam bodies made from expandable granules made from a natural raw material and a particulate physical blowing agent, were measured in comparison to foam bodies made from granules containing a chemical blowing agent. The relevant measurements are carried out as described above. The results obtained are summarized in the table below.
Tabelle 5: Vergleich der Druckfestigkeiten der Außenhaut und der Schaumkerne von erfindungsgemäßen Schaumkörpern und Vergleichsschaumkörpern, Granulate auf Basis von Kartoffelstärke als nachwachsendem Rohstoff sowie ohne bzw. mit 1 ,5 Teilen verschiedener erfindungsgemäßer partikulärer physikalischer bzw. nicht- erfindungsgemäßer chemischer Treibmittel, wobei die Menge Treibmittel auf 100 Teile nachwachsenden Rohstoff bezogen ist.
Table 5: Comparison of the compressive strengths of the outer skin and the foam cores of foam bodies according to the invention and comparison foam bodies, granules based on potato starch as a renewable raw material and with or without 1.5 parts of different particulate physical or non-inventive chemical blowing agents according to the invention, the amount of blowing agent is based on 100 parts of renewable raw material.
TM1-4: Treibmittel 1-4, wobei TM1 = "Unicell MS190 D" TM1-4: Propellant 1-4, where TM1 = "Unicell MS190 D"
TM2 = "Heco®Foam 900 C" TM2 = "Heco®Foam 900 C"
TM3 = "Urea 46% N" TM3 = "Urea 46% N"
TM4 = "Tracel MB 121 FG" TM4 = "Tracel MB 121 FG"
E: erfindungsgemäß V: Vergleichsbeispiel E: according to the invention C: comparative example
Es ist den erhaltenen Messergebnissen nach zu erkennen, dass erfindungsgemäße Schaumkörper eine höhere Druckfestigkeit aufweisen als vergleichbare Schaumkörper, die mittels eines chemischen Treibmittels verschäumt werden. Diese Ergeb-
nisse unterstreichen nochmals, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders belastbare Schaumkörper erzeugt werden können. Diese Eigenschaft ist insbesondere auf die gleichmäßige und einheitliche fein- bzw. geschlossenzellige Struktur der Schaumkörper zurückzuführen, welche insbesondere auf Basis des erfindungs- gemäßen Granulats und speziell unter Verwendung eines partikulären physikalischen Treibmittels erhalten werden kann.
It can be seen from the measurement results obtained that foam bodies according to the invention have a higher compressive strength than comparable foam bodies which are foamed by means of a chemical blowing agent. These results Nisse emphasize once again that particularly resilient foam bodies can be produced within the scope of the present invention. This property is due in particular to the uniform and uniform fine-cell or closed-cell structure of the foam bodies, which can be obtained in particular on the basis of the granulate according to the invention and specifically using a particulate physical blowing agent.
Bezugszeichenliste: List of reference symbols:
1 Schaumkörper 2 Gewicht
1 foam body 2 weight