DE60313679T2

DE60313679T2 - Bioabbaubare und kompostierbare Behälter

Info

Publication number: DE60313679T2
Application number: DE2003613679
Authority: DE
Inventors: Joe A. Durango Bowden; Christine C. Durango Johnston
Original assignee: New Ice Ltd
Current assignee: New Ice Ltd
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: AU2003200086B2; CN1446735A; EP1327663A1; US20050120915A1; US20090258172A1; TW200400856A; TWI285585B; JP4718760B2; SI1327663T1; US20030216492A1; AU2009201479A1; US7083673B2; CA2472610C; NZ523615A; US7967904B2; AU2003205095A8; DK1327663T3; ATE361945T1; KR20030061675A; ES2286385T3

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Anmeldung betrifft das Gebiet bioabbaubarer und insbesondere kompostierbarer Behälter, die Gegenstände in einem trockenen, feuchten oder nassen Zustand halten können. Die Produkte basieren auf neuen Stärkezusammensetzungen, die bei niedrigen Temperaturen, zum Beispiel zwischen 0 und 60 °C, bevorzugt zwischen 0 und 40 °C, ein hydratisiertes Gel bilden können.
Hintergrund der Erfindung
Materialien wie Papier, Pappe, Kunststoff, Polystyrol und sogar Metalle werden derzeit in enormen Mengen zur Herstellung von Gegenständen wie Behältern, Trennstücken, Trennwänden, Abdeckhauben, Deckeln, Büchsen und anderen Verpackungsmaterialien verwendetet. Durch die moderne Verarbeitungs- und Verpackungstechnologie kann ein breiter Bereich an flüssigen und festen Gütern in Verpackungsmaterialien gelagert, verpackt und versendet werden, während sie vor schädlichen Elementen wie Gasen, Feuchtigkeit, Licht, Mikroorganismen, Ungeziefer, physikalischer Erschütterung, Stauchkräften, Vibration, Lecken oder Verschütten geschützt sind. Viele dieser Materialen sind Wegwerfartikel, verfügen tatsächlich aber nur über wenig funktionale Bioabbaubarkeit, wenn überhaupt. Bei vielen dieser Produkte kann sich die Zersetzungszeit in der Umwelt über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte hinziehen.
Jedes Jahr werden über 100 Milliarden Aluminiumbüchsen, Milliarden von Glasflaschen und Tausende Tonnen Papier und Kunststoff für die Aufbewahrung und Ausgabe von alkoholfreien Getränken, Säften, Konserven, Getreide, Bier und anderen Produkten verwendet. Allein in den Vereinigten Staaten werden jedes Jahr ungefähr 5,5 Millionen Tonnen Papier für Verpackungsmaterialien verbraucht, was nur etwa 15% der gesamten jährlichen Haushaltspapierproduktion repräsentiert.
Verpackungsmaterialien (z. B. Papier, Pappe, Kunststoff, Polystyrol, Glas oder Metall) sind alle, jeweils in verschiedenem Ausmaß, umweltschädigend. Die Herstellung von Polystyrolprodukten umfaßt beispielsweise die Verwendung einer Vielzahl gefährlicher Chemikalien und Ausgangsmaterialien wie Benzol (ein bekanntes Mutagen und ein mutmaßliches Karzinogen). Auch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (oder „FCKWs") sind bei der Herstellung „geblasener" oder „aufgeschäumter" Polystyrolprodukte verwendet worden. FCKWs werden mit der Zerstörung der Ozonschicht in Verbindung gebracht.
Aufgrund vieler Umweltbetrachtungen lag ein signifikanter Druck auf Unternehmen, die Verwendung von Polystyrolprodukten zugunsten umweltsicherer Materialien einzustellen. Einige Gruppen favorisierten die Verwendung von Produkten wie Papier oder anderen Produkten aus Holzmasse. Für den Einzelverbraucher von Papier verbleiben jedoch aufgrund der gewaltigen Energiemenge, die zu dessen Herstellung erforderlich ist, Nachteile. Es besteht nach wie vor der Bedarf nach neuen, leicht abbaubaren Materialien, die die notwendigen Leistungsstandards erfüllen.
Abbaubarkeit ist ein relativer Ausdruck. Einige Produkte, die scheinbar abgebaut werden, zerfallen nur in sehr kleine Stücke. Diese Stücke sind nur schwer zu erkennen, benötigen aber weitere Jahrzehnte oder Jahrhunderte, um sich tatsächlich abzubauen. Andere Produkte sind aus Materialien, die sich viel schneller abbauen als nicht-bioabbaubare Produkte. Wenn sich ein Produkt mit einer Abbaugeschwindigkeit von weniger als ungefähr 24 Tagen unter normalen Umweltbedingungen abbaut, ist das Produkt kompostierbar. Der Erhalt von Produkten aus kompostierbaren Materialien, die auch eine Vielzahl von Bedürfnissen decken, wie Behälter für Produkte in feuchtem oder nassem Zustand, stellt eine große Herausforderung dar.
Eine Lösung war die Herstellung von Verpackungsmaterialien aus gebackenen, eßbaren Bögen, z. B. Waffeln oder Pfannkuchen, aus einem Gemisch aus Wasser, Mehl und einem Quellmittel. Obgleich die eßbaren Bögen zu Schalen, Waffeltüten und Bechern gemacht werden können, die leicht zerfallen, bergen sie mehrere Einschränkungen. Werden dem Gemisch zum Beispiel Fette oder Öle zugegeben, um den Bogen aus der Backform entfernen zu können, führt die Oxidation dieser Fette dazu, daß die Bögen ranzig werden. Im allgemeinen sind eßbare Bögen sehr brüchig und viel zu zerbrechlich, um die meisten Gegenstände aus herkömmlichen Materialien ersetzen zu können. Sie sind außerdem übermäßig empfindlich gegen Feuchtigkeit und können sich vor oder während ihrer vorgesehenen Verwendung leicht verformen oder zerfallen.
Stärke ist ein häufig vorkommendes, kostengünstiges und erneuerbares Material, das in vielen Pflanzenquellen wie Getreide, Knollen und Früchten zu finden ist. In vielen Fällen wird Stärke als ein unerwünschtes Nebenprodukt bei der Nahrungsmittelverarbeitung ausgesondert. Stärke ist ohne weiteres bioabbaubar und verbleibt nach der Entsorgung nicht für einen signifikanten Zeitraum in der Umwelt. Stärke ist auch ein Nährstoff, was die Zersetzung in und die Eliminierung aus der Umwelt erleichtert.
Weil Stärke bioabbaubar ist, gab es viele Versuche, sie in eine Vielzahl von Materialien einzuführen. Stärke wird in Mehrkomponentenzusammensetzungen in verschiedenen Formen, einschließlich als Füllstoff und Bindemittel, eingeführt, wenn sie als ein Bestandteil thermoplastischer Polymermischungen verwendet wird.
Stärke kann als ein Bindemittel oder Leim zum Verkleben fester Bestandteile verwendet werden, um so ein heterogenes Gemisch aus unterschiedlichen Komponenten zu bilden. An einem gewissen Punkt vor oder während der Formungsphase löst sich oder verkleistert die Stärke in einem geeigneten Lösungsmittel wie Wasser, so daß die Stärke ein fließfähiges Material wird, in dem die anderen Komponenten dispergiert werden können. Da natürliche Stärke einen Schmelzpunkt hat, der ihrer Zersetzungstemperatur nahe kommt, müssen polare Flüssigkeiten oder Lösungsmittel zugegeben werden, damit die Stärke bei einer Temperatur, die sicher unter ihrer Zersetzungstemperatur liegt, in einen verformbaren Zustand geschmolzen, gelöst oder anderweitig verflüssigt werden kann. Beim Wiederfestwerden der verkleisterten Stärke, typischerweise durch die Entfernung von ausreichend Wasser durch Ver dampfen, so daß die Stärke rekristallisiert oder anderweitig austrocknet, bildet die Stärke eine feste oder halbfeste Bindungsmatrix, die die verbleibenden Komponenten miteinander verbinden kann. Obgleich viele seit Jahren versuchen, eine Stärkemischung so zu perfektionieren, daß sie ein umwelttechnisch einwandfreies Material ergibt, während sie gleichzeitig ökonomisch herzustellen ist, ist eine derartige Kombination bisher nicht erreicht worden.
In der Technik besteht nach wie vor der Bedarf nach einem vollständig kompostierbaren Produkt, das stark, nicht anfällig für Verformung oder Schädlinge ist und ohne weiteres und kostengünstig hergestellt werden kann. Ferner besteht der Bedarf nach der Entwicklung eines robusten Verfahrens zur Entwicklung kompostierbarer Produkte, die trockenes, nasses oder feuchtes Material über einen Bereich an Temperaturen halten können.
Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 99/02598 , eingereicht von Business Promotions, Inc., beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines bioabbaubaren Produktes zur Verwendung als ein Behälter für Nahrungsmittel, einschließlich heißer und kalter Flüssigkeiten. Das Produkt wird unter Druck und Wärme in einer Form, basierend auf einem Grundmaterial aus Amylose-umfassendem Mehl, das aus einer eßbaren Nutzpflanze stammt, Holzmehl, natürlichem Wachs und Wasser, hergestellt. Das Grundmaterial besteht im wesentlichen aus einem feuchten Granulat, umfassend 50-250 Gewichtsteile Mehl, 10-85 Gewichtsteile Holzmehl, 2-30 Gewichtsteile natürliches Wachs und 50-250 Gewichtsteile Wasser.
Das europäische Patent 0773721 B1 , von Coöperatieve Verkoop, offenbart Verbindungen aus einer Stärkesuspension und einer Wachsbeschichtung, die zu einer Grundform gebacken wird. Die Beschichtung ist aus einer Wachszusammensetzung, umfassend zumindest 50% Wachs, und mit einer Schmelztemperatur von mindestens 40 °C. Die Stärkezusammensetzung wird bevorzugt durch ein Verfahren hergestellt, das 5-75% eines Stärkederivats umfaßt, das im Vergleich zu natürlicher Stärke eine geringere Quellfähigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweist.
Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 01/60898 , eingereicht von Novamont, beschreibt Produkte wie Bögen mit unterschiedlicher Dicke und Profil, basierend auf destrukturierter oder komplexierter Stärke, die bioabbaubar sind. Insbesondere beansprucht das Patent unfertige Produkte, zum Beispiel ein Schaumstoffolienmaterial, umfassend destrukturierte oder komplexierte Stärke, geschäumt als eine kontinuierliche Phase, mit einer Dichte zwischen 20 und 150 kg/m³, Zellausmaßen im Bereich zwischen 25 und 700 μm mit einer Zellverteilung bei der 80% ein Ausmaß zwischen 20 und 400 μm haben.
US-Patent Nr. 6,451,170 von Cargill, Inc., beschreibt verbesserte Stärkezusammensetzungen aus vernetzter, kationischer Stärke, die in einem Papierherstellungsverfahren verwendet werden. Das '170-Patent beansprucht das folgende Papierherstellungsverfahren: 1) Bereitstellen einer kationisierten, vernetzten Stärkekomponente mit einer Heißbreiviskosität im Bereich von etwa 200 cP bis etwa 3000 cP, gemessen in einem Brookfield-Viskosimeter bei etwa 95 °C, unter Verwendung einer Nr. 21 Spindel; 2) Kochen eines ersten Teils der Stärkekomponente zur Erzeugung einer gekochten Stärkekomponente bei einer durchschnittlichen Kochtemperatur unter 330 °F für einen gewissen Zeitraum; 3) Entwässern eines Papierrohstoffes (wobei der Papierrohstoff: (i) Cellulosefasern in einer wäßrigen Aufschlämmung, (ii) anorganische Teilchen, umfassend mindestens 50 Gewichtsprozent Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehr als 1 Mikrometer, und (iii) die gekochte Stärkekomponente umfaßt); und 4) Einstellen der Entwässerungsgeschwindigkeit durch Kochen eines zweiten Teils der Stärkekomponente bei einer durchschnittlichen Temperatur, die sich um mindestens 10 °F von der ersten Kochtemperatur unterscheidet. Der vierte Schritt in dem Papierherstellungsverfahren kann auch die Einstellung der Retention des ersten Durchlaufs während der Entwässerung durch Kochen eines zweiten Teils der Stärkezusammensetzung bei einer durchschnittlichen Temperatur, die sich um mindestens 10 °F von der ersten Kochtemperatur unterscheidet, umfassen.
US-Patent Nr. 5,122,231 von Cargill, Inc. beschreibt eine neue kationische, vernetzte Stärke zur Verwendung bei der Papierherstellung im Nasspartiesystem einer Papiermaschine unter Verwendung eines neutralen oder alkalischen Finishs. Das '231- Patent beansprucht Verfahren zur Erhöhung der Stärkeladungskapazität in einem Papierherstellungsverfahren, wobei das Papierherstellungsverfahren einen pH von etwa 6 oder größer hat. Ein Verfahren ist auf die Zugabe der kationisierten, vernetzten Stärke zu einem Papierrohstoff des Verfahrens vor der Umwandlung des Rohstoffes in eine trockene Papierbahn gerichtet, worin die Stärke auf einen Substitutionsgrad an den Hydroxylgruppen der Stärke zwischen etwa 0,005 und etwa 0,050 kationisiert wird und worin die Stärke nach der Kationisierung auf eine Heißbreiviskosität im Bereich von etwa 500 cP bis etwa 3000 cP, gemessen auf einem Brookfield-Viskosimeter bei etwa 95 °C unter Verwendung einer Nr. 21-Spindel, vernetzt wird. Ein anderes Verfahren ist auf die Zugabe der kationisierten, vernetzten Stärke zu einem Papierrohstoff des Verfahrens in einer Menge, mit der ein Zeta-Potenzial des Rohstoffes von etwa null erzeugt werden kann, gerichtet, worin die Stärke mit einwertigen Kationen kationisiert wird und einen Substitutionsgrad von einwertigen Kationen an den Hydroxylgruppen der Stärke zwischen etwa 0,005 und etwa 0,050 hat und worin die Stärke nach der Kationisierung auf eine Heißbreiviskosität im Bereich von etwa 500 cP bis etwa 3000 cP, gemessen auf einem Brookfield-Viskosimeter bei etwa 95 °C unter Verwendung einer Nr. 21-Spindel, vernetzt wird.
Die US-Patente Nr. 5,569,692 und 5,462,982 , beide übertragen auf Novamont, offenbaren eine Zusammensetzung für ein bioabbaubares Material, das bei hohen Temperaturen verwendet werden kann, umfassend destrukturierte Stärke, ein thermoplastisches Polymer und einen Weichmacher mit einem Siedepunkt von mehr als 150 °C in einer Menge von 20 bis 100%, basierend auf dem Gewicht der Stärke, wobei die destrukturierte Stärke durch Destrukturierung der Stärke wie sie ist ohne Zugabe von Wasser erhalten wurde. Die Erfinder haben herausgefunden, daß, wenn eine Stärke wie sie ist unter Zugabe eines hochsiedenden Weichmachers (wie Glycerin) und eines Destrukturierungsmittels (wie Harnstoff) in einem Extruder, der auf eine Temperatur unter dem Siedepunkt des Weichmachers (aber zwischen 120 und 170 °C) erhitzt wurde, destrukturiert wird, destrukturierte Stärkezusammensetzungen erhalten werden, die mit Polymeren mit relativ hohen Schmelzpunkten gemischt werden können, und für die Extrusion bei Temperaturen von mehr als 120 °C bei niedrigem Druck geeignet sind. Die so erhaltenen Zusammensetzungen sind besonders für nachfolgende Arbeitsvorgänge wie Warmformen und Blasen geeignet.
US-Patent Nr. 5,252,271 von Bio-Products International offenbart ein Material, das auf einer trockenen Stärkezusammensetzung basiert, deren Wassergehalt nicht mehr als 30% beträgt; das mit einer milden Säure in trockener, pulverisierter Form (bevorzugt Apfelsäure, Weinsäure, Zitronensäure, Maleinsäure und Bernsteinsäure) bei Prozentsätzen von 0,2 bis 7% der gesamten Stärkezusammensetzung gemischt wird. Die Zugabe einer trockenen, pulverisierten Carbonatzusammensetzung, die mit Säure unter Erzeugung eines CO₂-Gases bei einem Prozentsatz an Zusammensetzung von 0,1 bis 2% der gesamten Stärkezusammensetzung reagieren kann, und Mischen und Vorschub des Produktes mit Wasser in einem Extrusionszylinder der Extrusionsvorrichtung, erzeugt mehr Wärme und Druck zur Umwandlung des Materials in einen gelatineartigen Zustand, das getrocknet werden kann und flexibel bleibt.
US-Patent Nr. 4,863,655 von National Starch and Chemical Corp. offenbart ein bioabbaubares Verpackungsmaterial, umfassend ein geschäumtes, stark amylosehaltiges Stärkeprodukt mit einem Amylosegehalt von mindestens 45% (bezogen auf das Gewicht des Endmaterials) und geringer Dichte, geschlossener Zellstruktur mit guter Nachgiebigkeit und Komprimierbarkeit. Eine andere Ausführungsform liefert ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit einem Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von 21% oder weniger, bezogen auf das Gewicht, bei einer Temperatur von 150 bis 250 °C.
US-Patent Nr. 5,428,150 von Cerestar Holdings offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer stärkehaltigen Zusammensetzung zur Herstellung eines Materials, mit dem Formkörper hergestellt werden können, in denen die Zusammensetzung neben der Stärke ein Stärkeabbauprodukt, ausgewählt aus Stärkehydrolyseprodukten mit Dextroseäquivalenten von 1 bis 40, insbesondere ein Maltodextrin, oxidierte Stärken und Pyrodext enthält.
Die US-Patente Nr. 5,660,900 , 5,868,824 und die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 96/05254 , eingereicht von Khashoggi offenbaren Zusammensetzungen zur Herstellung bioabbaubarer Gegenstände aus stark anorganisch gefüllten Materialien mit einem Stärke-basierenden Bindemittel. Diese Dokumente beschreiben Herstellungsgegenstände mit hohen Konzentrationen an anorganischem Füllstoff in einer Polymermatrix ohne nachteilige Einflüsse auf die Eigenschaften des Bindemittelsystems. Die Gegenstände enthalten eine Matrix aus Stärke und mindestens ein anorganisches Aggregat, vorhanden als mindestens etwa 20 Gewichtsprozent (oder 5 Vol.-%) des Endgemisches. Die Matrix wird aus etwa 10 bis 80% eines Stärkebasierenden Bindemittels, das im wesentlichen durch Wasser gelatiniert und dann durch die Entfernung einer beträchtlichen Menge des Wassers durch Verdampfung mit einem anorganischen Aggregat, das durch die Stärkegebundene zelluläre Matrix dispergiert ist, hergestellt. Das Gemisch wird mit primärem Augenmerk auf die Maximierung der anorganischen Komponenten, Minimierung der Stärkekomponente und des Lösungsmittels und selektiven Modifizierung der Viskosität gestaltet, um so Gegenstände herzustellen, die die für ihre vorgesehene Verwendung gewünschten Eigenschaften haben.
Die US-Patente Nr. 5,736,209 und 5,810,961 und die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 97/37842 , auch auf Kashoggi Industries übertragen, offenbaren Verfahren zur Entwicklung von bioabbaubarem Papier und Produkten, die eine Bindungsmatrix aus Stärke und Celluloseether umfassen, und Fasern, die im wesentlichen homogen durch die Matrix dispergiert sind. Das '209-Patent offenbart einen Konzentrationsbereich für die Stärke von etwa 5 bis etwa 90 Gewichtsprozent Feststoffen in dem Bogen, für den Celluloseether einen Bereich von etwa 0,5 bis etwa 10 Gewichtsprozent Feststoffen und für Fasern einen Konzentrationsbereich von etwa 3 bis etwa 40%. Es kann gegebenenfalls ein anorganischer Mineralfüllstoff zugegeben werden. Es werden Bögen, die unter Verwendung dieses bioabbaubaren Materials mit einer Dicke kleiner als etwa 1 cm und einer Dichte größer als etwa 0,5 g/cm³ beschrieben.
Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 01/51557 , auch von Khashoggi eingereicht, ist auf Zusammensetzungen und Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Stärkezusammensetzungen mit einem partikulären Füllstoff (der in einer Menge von mehr als etwa 15 Gewichtsprozent der thermoplastischen Stärke vorliegt) und gegebenenfalls Faserverstärkung gerichtet. Natürliche Stärkekörnchen werden durch Mischen und Erwärmen in Gegenwart eines geeigneten Weichmachers (einschließlich etwas pola rer Lösungsmittel wie Wasser oder Glycerin) zur Bildung einer Stärkeschmelze thermoplastisch gemacht. Die Stärkeschmelze wird dann mit einem oder mehreren Nicht-Stärkematerialien gemischt, um die Eigenschaften zu verbessern und die Kosten der resultierenden thermoplastischen Stärkezusammensetzung zu verringern. Danach wird eine partikuläre Füllstoffkomponente mit der Stärkeschmelze gemischt, bevorzugt ein kostengünstiger, natürlich vorkommender partikulärer Mineralfüllstoff („anorganischer Füllstoff"), enthalten in einer Menge von mehr als etwa 15 Gewichtsprozent der thermoplastischen Stärkezusammensetzung. Außerdem offenbart dieses Dokument eine Zusammensetzung, die eine thermoplastische Stärkeschmelze mit einem Wassergehalt von weniger als etwa 5 Gewichtsprozent umfaßt, während sie sich in einem geschmolzenen Zustand befindet, worin mindestens ein Weichmacher in geschmolzenem Zustand einen Dampfdruck von weniger als etwa 1 bar hat, und worin eine feste partikuläre Füllstoffphase dispergiert und in einer Menge von etwa 5 bis etwa 95 Gewichtsprozent enthalten ist. Eine weitere Ausführungsform offenbart eine Dispersion aus einer festen partikulären Füllstoffphase in einer Menge von etwa 5 bis etwa 95 Gewichtsprozent der thermoplastischen Stärkezusammensetzung und einer faserartigen Phase in einer Konzentration von etwa 3 bis etwa 70 Gewichtsprozent.
US-Patent Nr. 6,168,857 von Khashoggi Industries offenbart einen Stärkegebundenen Bogen mit einer Dicke von weniger als etwa 1 cm und einer Dichie von mehr als etwa 0,5 g/cm³, umfassend: (a) eine Bindungsmatrix, umfassend Stärke und ein wasserdispergierbares organisches Hilfspolymer, worin die Gesamtfeststoffkonzentration der Stärke in dem Bogen mehr als etwa 5 Gewichtsprozent beträgt; und (b) Fasern, die im wesentlichen homogen durch den Stärkegebundenen Bogen dispergiert sind; und gegebenenfalls einen anorganischen Mineralfüllstoff.
US-Patent Nr. 5,618,341 , 5,683,772 , 5,709,827 und 5,679,145 und die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 97/2333 , übertragen auf Khashoggi Industries, offenbaren Stärke-basierende Zusammensetzungen, die zur Herstellung von Behältern verwendet werden können. US '341 und '145 lehren Verfahren zur Dispergierung von Fasern in einer faserartigen Zusammensetzung, umfassend die folgenden Schritte: (a) Vereinigen von Wasser, Fasern und einem Verdickungsmittel, so daß das Ver dickungsmittel (wie eine Quellstärke) und das Wasser unter Bildung einer fluiden Fraktion, die durch eine Fließspannung und eine Viskosität gekennzeichnet ist, durch die Fasern im wesentlichen gleichmäßig durch die faserartige Zusammensetzung dispergiert werden können, wenn die Fasern und die fluide Fraktion miteinander vermischt werden, interagieren, wobei die Fasern eine durchschnittliche Länge von mehr als etwa 2 mm und ein durchschnittliches Längenverhältnis bzw. Streckverhältnis von mehr als etwa 25:1 haben; und (b) Vermischen der Kombination aus Verdickungsmittel, Wasser und Fasern, um die Fasern im wesentlichen gleichmäßig durch die faserartige Zusammensetzung zu dispergieren. Das Verdickungsmittel ist in einer Menge im Bereich von etwa 5 bis etwa 40 Gewichtsprozent der fluiden Fraktion enthalten. Das erfinderische Verfahren umfaßt ein Fluidsystem, das die Scherung von einem mechanischen Mischapparat auf das Faserniveau übertragen kann, um so eine Starke-basierende Zusammensetzung mit im wesentlichen gleichmäßig dispergierten Fasern zu erhalten. US- Patent '772 offenbart zudem einen anorganischen Füllstoff zur Verbesserung der Festigkeit und Flexibilität der Gegenstände. '827 offenbart ferner Verfahren zur Erzeugung eines industriell gefertigten Gegenstandes, der aus Gemischen, die Fasern mit einem durchschnittlichen Längenverhältnis von mehr als etwa 25:1 umfassen, entwickelt wurde. Die '341-, '772-, '827-, und '145-Patente und die Anmeldung WO 97/2333 offenbaren Fasern mit hohen Längenverhältnissen (d. h., etwa 25:1 oder größer) und langen Längen (d. h., mindestens etwa 2 mm) zur Verstärkung der Struktur. Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 97/23333 offenbart Gegenstände, die hohe Stärkegehalte (etwa 50 bis etwa 88 Gewichtsprozent nicht verkleisterte und etwa 12 bis etwa 50 Gewichtsprozent verkleisterte Stärke) enthalten.
US-Patent Nr. 6,303,000 von Omnova Solutions offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit von Papier durch die Zugabe einer wäßrigen kationischen Stärkedispersion, modifiziert mit einem blockierten Glyoxalharz, zu einer Papierzellstoffaufschlämmung. Die Stärkedispersion wird durch Verkleistern einer wäßrigen Suspension aus Stärkekörnchen (einschließlich dünnkochender Kartoffel-, Mais-, Wachsmais, rote und weiße Milo-, Weizen- und Tapioka-Stärken, und Stärken, die zusätzlich chemisch modifiziert wurden) und Umsetzen der Stärke mit einem blockierten Glyoxalharz bei Temperaturen von mindestens 70 °C, bevorzugt 85 bis 95 °C, hergestellt. Geeignete blockierte Glyoxalharze, die in der Erfindung verwendet werden können, umfassen cyclischer Harnstoff/Glyoxal/Polyol-Kondensate, Polyol/Glyoxal-Kondensate, Harnstoff oder cyclischer Harnstoff/Glyoxal-Kondensate und Glycol/Glyoxal-Kondensate in einer Menge von etwa 3 bis etwa 30%, bevorzugt 9 bis 20%, des gesamten Trockengewichts der Stärke. Die resultierende verkleisterte Stärkezusammensetzung kann gekühlt und gelagert, oder direkt zu einer verdünnten Papierzellstoffaufschlämmung gegeben werden, um so die Zugfestigkeit und Elastizität des resultierenden Papierproduktes zu verstärken.
Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 01/05892 , eingereicht von Kim & Kim, beschreibt Verfahren zur Herstellung von Plastikersatzstoff-Erzeugnissen unter Verwendung natürlicher Materialien durch Herstellung eines Leims, erzeugt durch Vermischen von 20 Gewichtsprozent einer Stärke und 80 Gewichtsprozent Wasser, Erhitzen dieses Gemisches; Waschen und Trocknen von Reisschalen auf einen Trockengrad von 98%; Vermischen des Leims und der Reisschalen, um so ein Gemisch aus dem Leim und den Reisschalen zu bilden, Trocknen dieser auf einen Trockengrad von 98%, und Zerstoßen dieser auf eine Größe im Bereich von 0,01-0,1 mm. Anschließend werden 80%, bezogen auf das Endgewicht des Gemisches aus dem Leim und den Reisschalen, 5%, bezogen auf das Endgewicht an Wasser, und 15%, bezogen auf das Endgewicht an Kolophonium, unter Bildung eines Endgemisches gemischt; und das Endgemisch unter Verwendung einer Formmaschine bei einer Temperatur von 100-350 °C unter einem Druck von 5 kg/cm bei einer Produktionsfrequenz von 30-80 Sekunden pro Produkt geformt.
Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 02/083386 , auch von Kim & Kim eingereicht, beschreibt Verfahren zur Herstellung von Plastikersatzstoff-Erzeugnissen unter Verwendung natürlicher Materialien unter Verwendung eines Stärke-basierenden Leims und Melaminharz. Melamin- oder Harnstoffharz ist ein wärmehärtbares Harz, das durch die Umsetzung von Melamin oder Harnstoff, die auf Formaldehyd einwirken, gebildet wird. Die Produkte werden zunächst durch die Herstellung eines Gemisches aus 20 Gewichtsprozent Stärke und 80 Gewichtsprozent Wasser, Erwärmen dieses Gemisches; Waschen und Trocknen von Reisschalen auf einen Trockengrad von 98%; Vermischen des Leims und der Reisschalen unter Bildung eines Gemisches aus Leim und Reisschalen, Trocknen dieser auf einen Trockengrad von 98%, und Zerstoßen dieser auf eine Größe im Bereich von 0,01-0,1 mm, hergestellt. Das Melaminharz wird durch ein Verfahren, bei dem zuerst 30 Gewichtsprozent einer Formaldehydlösung und 70 Gewichtsprozent Wasser, 30 Gewichtsprozent Melamin oder Harnstoff gemischt werden und das Gemisch bei einer Temperatur von 350 °C erwärmt wird, erhalten. Dann wird ein Gemisch aus 70%, bezogen auf das Endgewicht des Gemisches aus dem Leim und den Reisschalen, 15 Gewichtsprozent Wasser und 15 Gewichtsprozent Melaminharz zur Bildung eines Endgemisches erzeugt. Das Endgemisch wird durch eine Formmaschine bei einer Temperatur von 100-350°C unter einem Druck von 5 kg/cm bei einer Produktionsfrequenz von 30-80 Sekunden pro Produkt geformt.
Die US-Veröffentlichung Nr. US 2002/0108532 und die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 00/39213 , eingereicht von der Apack AG, offenbaren Verfahren zur Produktion eines Formkörpers aus bioabbaubarem Material, der während des Warmformens aus 7,6 bis 8,5 Gewichtsprozent Cellulosefasern, 16,1 bis 17,6 Gewichtsprozent nativer Stärke, 5,4 bis 6 Gewichtsprozent Quellstärke und 68,0 bis 70,6 Gewichtsprozent Wasser ein gutes Dehnverhalten zeigt. Zunächst wird die Quellstärke durch Mischen von etwa 5,4-6% Stärke und 94-94,6% Wasser, Erwärmen des Gemisches auf 68-70 °C, Konstanthalten des Gemisches bei 68-70 °C für 10 Minuten und Abkühlen der Quellstärke auf 50 °C erzeugt. Dann werden 16,1 bis 17,6 Gewichtsprozent native Stärke, 7,6 bis 8,5 Gewichtsprozent Cellulosefasern und 68,0 bis 70,6 Gewichtsprozent Wasser zu der Quellstärkelösung bei einer Temperatur von 50 °C gegeben; es wird 5 Minuten gemischt, um ein homogenes Gemisch bei 40 °C zu erhalten, wobei sich das Gemisch im wesentlichen nicht abkühlen darf, und das Gemisch wird in einer Backform plaziert und bei 100-200 °C für 10-100 Sekunden unter Bildung des Formkörpers gebacken.
Das Deutsche Patent DE 19,706,642 von der Apack Verpackungen GmbH offenbart die Produktion eines bioabbaubaren Gegenstandes aus 25-75% Fasern, 13-38% Stärke und 13-38% Wasser. Zunächst werden 25-75% Fasern und 13-38% Stärke in trockenem Zustand in einem kontinuierlichen Verfahren gemischt; dann wird kontinuierlich Wasser zugemischt. Das Gemisch wird dann zum Erhalt des ferti gen Formkörpers gebacken und dann wird der Formkörper mit einem biologisch abbaubaren Film, der keine Feuchtigkeit durchläßt, beschichtet.
Obgleich es mehrere Versuche gab, geeignete bioabbaubare und kompostierbare Materialien für die Verpackung bereitzustellen, sind die resultierenden Substanzen nicht ideal. Die derzeit zur Verfügung stehenden Materialien können entweder nicht erfolgreich zur Verpackung von Materialien, insbesondere denen, die naß sind, verwendet werden, oder bauen sich unter normalen Umweltbedingungen nicht effektiv ab. Es besteht der Bedarf nach der Entwicklung von Materialien, die die Ansammlung entsorgter, sich langsam abbauender Materialien verringern, und die Umweltschädigung, die durch toxische Chemikalien hervorgerufen wird, die bei der Produktion von Verpackungsmaterialien verwendet werden, einschränken.
Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines robusten Verfahrens und von Materialien zur Produktion eines effizient bioabbaubaren Behälters.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Materialien und eines Verfahrens zur Produktion eines bioabbaubaren Behälters, der Produkte in trockenem, nassem oder feuchtem Zustand aufnehmen kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Materials und eines Verfahrens zur Produktion bioabbaubarer Behälter durch die Verwendung einer Quellstärkelösung, die in einem breiten Temperaturbereich stabil ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Materials zur Produktion bioabbaubarer Behälter durch die Verwendung einer Quellstärkelösung, die in einem breiten Temperaturbereich stabil ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Materials zur Produktion bioabbaubarer Behälter aus einem breiten Bereich an Materialien.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Materials zur Produktion bioabbaubarer Behälter unter einem breiten Bereich an Umweltbedingungen.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung bioabbaubarer und kompostierbarer Produkte.
US-Patent Nr. 5,849,152 offenbart die Produktion von Formkörpern unter Verwendung einer viskosen Masse, die ein biologisch dekompostierbares Fasermaterial, Wasser und Stärke enthält.
US-Patent Nr. 5,916,503 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Spanplatten, worin eine Masse, die aus mindestens einem Bindemittel und einem kleinteiligen Material, das mit dem Bindemittel in Kontakt gebracht wird, gebildet wurde, bei hohen Temperaturen und Druck extrudiert wird.
DE-A-19751234 offenbart ein Verfahren zur Herstellung bioabbaubarer geschäumter Formkörper aus Stärke, Wasser und Fasern zur Verwendung als Verpackungsmaterialien.
EP-A-524920 offenbart Formelemente, die auf Stärkegel und Teilchen aus einem Fasermaterial in einer Menge von 5-85% basieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren und Materialien zum Bilden bioabbaubarer Behälter, die Nahrungsmittelprodukte in trockenem, feuchtem oder nassem Zustand aufnehmen können. Die Behälter werden durch die Verwendung einer vorgelierten Stärkesuspension, die in ihrer Fähigkeit, hydratisierte Gele zu bilden und diese Gelstruktur in Gegenwart vieler anderer Arten von Materialien und bei niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten, einzigartig ist, erzeugt. Überdies hat diese vorgelierte Stärke die Fähigkeit, zu kunststoffartigen Materialien bei relativ niedrigen Temperaturen in Gegenwart eines breiten Bereiches an Materialien unter variierenden Umweltbedingungen zu schmelzen. Ferner können mit diesem vorge lierten Material Behälter mit hohen Bindungsfestigkeiten und offenzelligen Strukturen zur Isolierung und Vernetzung der Komponenten entwickelt werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden eines bioabbaubaren Materials, umfassend:

(a) das Bilden einer vorgelierten Stärkesuspension, „das Vorgel", hergestellt aus etwa 2-15% Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und etwa 75-95% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, derart, daß die vorgelierte Suspension bei Temperaturen zwischen 0-60 °C gehalten wird;
(b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder Holzmehl mit einem Längenverhältnis bzw. Streckungsverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8, einer vorgelierten Stärkesuspension, hergestellt aus etwa 15% Maisstärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und etwa 85% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und einer nativen Stärke, um ein homogenes Gemisch zu bilden;
(c) das Zugeben des homogenen Gemisches zu der vorgelierten Stärkesuspension, um eine homogene, formbare Endzusammensetzung zu bilden und
(d) das Formen der homogenen, formbaren Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Material zu bilden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden eines bioabbaubaren Materials, umfassend:

(a) das Bilden einer vorgelierten Papierstärkesuspension, welche bei Temperaturen zwischen 0-60 °C gehalten wird;
(b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder -mehl (mit einem Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8) und einer nativen Stärke bzw. nativen Stärken, um ein homogenes Gemisch zu bilden;
(c) das Zugeben des homogenen Gemisches zu der vorgelierten Stärkesuspension, um eine homogene, formbare Zusammensetzung zu bilden; und
(d) das Formen der homogenen, formbaren Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Material zu bilden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines wasserdichten Materials, umfassend:

(a) das Bilden einer ersten vorgelierten Stärkesuspension, welche bei Temperaturen zwischen 0-60 °C gehalten wird;
(b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder -mehl mit einem Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8 und einem weiteren Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wachsen, Fettalkoholen, Phospholipiden und Glycerol;
(c) das Zugeben des homogenen Gemisches, welches Holzfasern und ein weiteres Material enthält, zu der ersten vorgelierten Stärkesuspension;
(d) das Formen der homogenen Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Material zu bilden und
(e) das Beschichten des Materials mit einer flüssigkeitsbeständigen Beschichtung.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden eines offenzelligen Schaummaterials durch:

(a) das Bilden einer vorgelierten Stärkesuspension, hergestellt aus etwa 3-5% Kartoffelstärke (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) und etwa 95-97% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) derart, daß die vorgelierte Suspension bei niedrigen Temperaturen gehalten wird;
(b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder -mehl (mit einem Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8), einer zweiten vorgelierten Stärkesuspension (das zweite Vorgel), hergestellt aus etwa 15% Maisstärke (bezogen auf das Gewicht des zweiten Vorgels) und etwa 85% Wasser (bezogen auf das Gewicht des zweiten Vorgels) und von 0,4-12% Backpulver (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung), um ein homogenes Gemisch zu bilden;
(c) das Zugeben eines homogenen Gemisches, welches Holzfasern und vorgelierte Maisstärke enthält, zu der vorgelierten Kartoffelstärkesuspension, um eine homogene, formbare Zusammensetzung zu bilden; und
(d) das Formen der homogenen, formbaren Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Material zu bilden.

Bevorzugt wird die vorgelierte Suspension bei Temperaturen zwischen 0 und 40 °C gehalten.
Bevorzugt haben die Holzfasern oder das Holzmehl ein Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:4.
In anderen Ausführungsformen können den Holzfasern zur Bildung eines homogenen Gemisches die folgenden Materialien zugegeben werden:

(i) Wachse, Fettalkohole, Phospholipide oder andere Biochemikalien mit hohem Molekulargewicht, wie Glycerol, zum Beispiel zwischen etwa 1-5% oder genauer 2,6-3,7% Glycerol (bezogen auf des Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung);
(ii) etwa 0,5-20% Wasser (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung), bevorzugt etwa 0,5-10%, 0,5-11%, 0,5-12%, 10 oder 20%;
(iii) Backpulver, zum Beispiel zwischen etwa 0,1-15 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung, bevorzugt etwa 0,42, 1 oder 12%; und/oder
(iv) zusätzliche Materialien wie zum Beispiel bis zu etwa 5 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung Roherde-Füllstoffe, zum Beispiel Tone wie Bentonit, amorphe Rohprodukte wie Gips und Calciumsulfat, Mineralien wie Kalkstein oder künstliche inerte Materialien wie Flugasche.

In einer Ausführungsform wird die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 2,5-15% Stärke (bezogen auf das Gewicht des Vorgels), wie Kartoffel- oder Maisstärke, und aus etwa 85-97,5% Wasser, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, hergestellt. In einer anderen Ausführungsform wird die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 2,5-5,5% Stärke und aus etwa 94,5-97,5% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) hergestellt. In bevorzugten Ausführungsformen wird die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 2,5-10% Kartoffelstärke, stärker bevorzugt 3%, 5%, 7,5% oder 10% Kartoffelstärke, und 90, 92,5, 95 oder 97% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) hergestellt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 15% Maisstärke (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) hergestellt.
In einer anderen Ausführungsform wird die vorgelierte Papierstärkelösung aus etwa 5-10% Papierzellstoff (bezogen auf das Gewicht des Vorgels), bevorzugt 5,9-8%, stärker bevorzugt 7,3-7,5, 6,5-6,7 oder 5,9-6,1%; etwa 5-15%, bevorzugt 10% Kartoffel- oder einer anderen natürlichen Stärke (wie Maisstärke) und ungefähr 75-90% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) hergestellt.
In einer Ausführungsform kann die native Stärke Maisstärke oder Kartoffelstärke sein. In einer anderen Ausführungsform können Kartoffelstärke und Maisstärke zusammen verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Maisstärke etwa 4-18, bevorzugt 4,45-17,9 oder etwa 5-35, bevorzugt 5,9-34,4 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung, bevorzugt 4, 5, 6, 13, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 26, 28, 29, 30, 31 oder 34 Gew.-% umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform können die Holzfasern oder das Holzmehl etwa 11-24, bevorzugt 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 oder 23,3 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung, die die vorgelierte Stärkelösung enthält, umfassen. In einer alternativen Ausführungsform können die Holzfasern oder das Holzmehl etwa 7-11, bevorzugt 7, 8, 9, 10 oder 11%, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, die die vorgelierte Papierstärkelösung enthält, umfassen. Die Holzfasern oder das Holzmehl können ein Längenverhältnis, Breite zu Länge, zwischen etwa 1:2 und 1:10, 1:2 und 1:9, 1:2 und 1:8, 1:2 und 1:7, 1:2 und 1:6, 1:2 und 1:5, 1:2 und 1:4, 1:2 und 1:3 oder eine Fraktion davon, zum Beispiel ein Verhältnis zwischen 1:2 und 1:9,9, haben.
In einer anderen Ausführungsform sind die unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung gebildeten Behälter effizient bioabbaubar, zerfallen bevorzugt in weniger als einem Jahr in ihre einzelnen Bestandteile. In einer anderen Ausführungsform sind die Behälter kompostierbar, zerfallen in weniger als sechs Monaten in ihre Bestandteilsmoleküle, bevorzugt in weniger als etwa 24 Tagen.
In weiteren Ausführungsformen kann auch Druck in Kombination oder abwechselnd mit Wärme zur Formung des bioabbaubaren Behälters genutzt werden. Es kann jedes Ausmaß an Druck verwendet werden, mit dem das gewünschte Produkt erhalten wird, beispielsweise kann ein Druck zwischen etwa 2-3 psi geeignet sein. Dem ahn lich kann irgendein Ausmaß an Wärme verwendet werden, mit dem das gewünschte Resultat erzielt wird. In einer Ausführungsform beträgt die zur Formung der bioabbaubaren Behälters genutzte Wärme zwischen etwa 150-250 °C, bevorzugt 195-225 °C, am stärksten bevorzugt 215 °C.
In einer anderen Ausführungsform kann der Behälter mit irgendeiner geeigneten flüssigkeitsbeständigen Beschichtung beschichtet werden. Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Beschichtungen wie PROTECoat (von New Coat, Inc.), Zein^® (ein bioabbaubares Material, das aus Mais isoliert wird); Polymilchsäure (PLA, ein Polymer von Milchsäure aus der Fermentation einer Rohsubstanz); Polyhydroxyalkanoate (PHA, aus der mikrobiellen Fermentation); bakterielle Cellulose; Chitosanbasierende Polymere (zum Beispiel aus Schalentierabfällen) oder Wachse und Öl-basierende Beschichtungen. Diese Materialien können entweder als ein dünner Film aufgetragen werden oder können auf das Produkt gesprüht/darin eingetaucht werden. Bindungsverfahren zur Auftragung der dünnen Filme aus einem wasserbeständigen Material sind in der Technik bekannt.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erzeugen eines wasserdichten Behälters durch:

(a) das Bilden einer ersten vorgelierten Stärkesuspension, die bei niedrigen Temperaturen, zum Beispiel zwischen 0-60 °C, bevorzugt zwischen 0-40 °C, gehalten wird;
(b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder -mehl (mit einem Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8) und Wachs, Fettalkohol, Phospholipiden oder anderen Biochemikalien mit hohem Molekulargewicht, wie Glycerol;
(c) das Zugeben des homogenen Gemisches, das die Holzfaser und andere Materialien enthält, zu der ersten vorgelierten Stärkesuspension;
(d) das Formen der homogenen Zusammensetzung mit Wärme, um einen bioabbaubaren Behälter zu bilden; und
(e) das Beschichten des Behälters mit einer flüssigkeitsbeständigen Beschichtung, wie PROTECoat (von New Coat, Inc.), Zein^® (ein bioabbaubares Material, das aus Mais isoliert wird); Polymilchsäure (PLA, ein Polymer von Milchsäure aus der Fermentation einer Rohsubstanz); Polyhydroxyalkanoaten (PHA, aus der mikrobiellen Fermentation); bakterieller Cellulose; Chitosan-basierenden Polymeren (zum Beispiel aus Schalentierabfällen) oder Wachsen und Öl-basierenden Beschichtungen, bereitgestellt.

In einer anderen Ausführungsform ist erkennbar, daß zur Erleichterung der Beschichtung des Formkörpers sowie für andere spezifische Indikationen, wie die Verringerung von Restgeruch von Holz in dem fertigen Produkt, die Menge an Papierzellstoff auf 50% oder 30-50%, bezogen auf das Gewicht des Endgemisches, erhöht werden, und die Menge an Holzmehl oder -fasern auf 0% verringert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann Vakuum zur Bildung eines Films um den Formkörper genutzt werden. Bei der Verwendung von Vakuums zur Bildung eines Films um den Formkörper ist zu erkennen, daß die Erhöhung der Konzentrationen an Holzmehl/-fasern und/oder des Papierzellstoffes das Vakuumverfahren erleichtern kann. In einer Ausführungsform können die Konzentrationen an Holzmehl/-fasern und/oder Papierzellstoff auf 30, 40 oder 50 Gewichtsprozent des Endgemisches erhöht werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren werden bioabbaubare Behälter ergeben, die aus unterschiedlichen Kombinationen von Materialien, bezogen auf das Gewicht, gebildet werden. Es können zum Beispiel Behälter aus etwa 16-61% vorgelierter Kartoffelstärkesuspension (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung) und etwa 11-37% (oder 11-15%) Holzfasern oder -mehl (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung) hergestellt werden. Überdies können zahlreiche Kombinationen anderer Materialien zu den Holzfasern oder dem Holzmehl gegeben werden, um ein homogenes Gemisch zu bilden, bevor dieses mit der vorgelierten Stärkesuspension gemischt wird, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

(i) etwa 57-66% vorgelierte Maisstärkesuspension (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung) (die Suspension wurde aus etwa 5-15% Maisstärke (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) und etwa 85-95% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) hergestellt);
(ii) etwa 4-35% native Stärke (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung), zum Beispiel 3-5% (bevorzugt 3,7% oder 4,2%) native Kartoffelstärke und/oder 15,4-34,4% native Maisstärke;
(iii) etwa 1-5% Glycerol (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung);
(iv) bis zu etwa 10 oder 20% Wasser (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung);
(v) etwa 0,1-15% Backpulver (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung);
(vi) weniger als etwa 5% natürliche Materialien (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung), wie Bentonitton.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Definitionen
Der Ausdruck „Bogen", wie hierin verwendet, bezieht sich auf irgendeinen im wesentlichen flachen, gewellten, gekrümmten, gebogenen oder texturierten Bogen, der unter Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren erzeugt wurde. Die Bögen können auch organische Beschichtungen, Drucke, andere darauf laminierte Bögen umfassen. Die Bögen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung können in Abhängigkeit der speziellen Anwendungen, für die die Bögen vorgesehen sind, stark variierende Dicken haben. Die Bögen können nur etwa 0,001 mm dünn oder 1 cm oder mehr dick sein, wobei Festigkeit, Haltbarkeit und/oder Griffigkeit wichtige Betrachtungspunkte sind.
Der Ausdruck „Film" unterscheidet sich von Natur aus nicht von dem Ausdruck „Bogen", außer der „Film" kennzeichnet normalerweise eine sehr dünne Schicht. Filme werden oftmals durch Verfahren gebildet, die sich von dem, wie Bögen normalerweise gebildet werden, unterscheiden, wie zum Beispiel eher durch Folienblasen als Bogensatinage. Im allgemeinen werden Filme als bogenähnliche Gegenstände mit Dicken von nur etwa 1 Mikrometer bis zu etwa 1 mm definiert.
Der Ausdruck „Formkörper" soll sich auf Gegenstände beziehen, die direkt oder indirekt aus Stärkezusammensetzungen unter Verwendung irgendeines in der Technik bekannten Formgebungsverfahrens geformt werden.
Der Ausdruck „Behälter", wie in dieser Beschreibung und in den anhängenden Ansprüchen verwendet, soll irgendeinen Gegenstand, Behälter oder ein Gefäß, der/das zur Aufbewahrung, Abgabe, Verpackung, Portionierung oder Versendung der verschiedensten Produkte oder Objekte genutzt wird (einschließlich, aber nicht beschränkt auf Nahrungsmittel- und Getränkeprodukte), umfassen. Spezielle Beispiele für solche Behälter umfassen unter anderem Schachteln, Tassen, „Muschelschalen", Glasgefäße, Flaschen, Teller, Schüsseln, Tabletts, Kartons, Kisten, Kästen, Getreidebüchsen, Schachteln für Gefrorenes, Milchtüten, Beutel, Säcke, Träger für Getränkebehälter, Geschirr, Eierpappen, Abdeckhauben, Strohhalme, Umschläge oder andere Arten von Behältern. Neben integral gebildeten Behältern sollen in der Definition „Behälter" auch Einfassungsprodukte, die in Verbindung mit Behältern verwendet werden, enthalten sein. Solche Gegenstände umfassen zum Beispiel Abdeckhauben, Auskleidungen, Strohhalme, Stegeinsätze, Hüllen, Dämpfungsmaterialien, Gebrauchsgegenstände und alle anderen Produkte, die bei der Verpackung, Aufbewahrung, Versendung, Portionierung, beim Servieren oder der Abgabe eines Objektes in einem Behälter verwendet werden.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „trocken oder feucht" auf eine feste Zusammensetzung, die trocken sein kann, oder die mit Wasser befeuchtet oder benetzt sein kann, obgleich auch andere Lösungsmittel verwendet werden können. Die Menge an Flüssigkeit in der Zusammensetzung reicht nicht aus, um als Träger zwischen den Teilchen in der Zusammensetzung dienen zu können.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „homogenes Gemisch" auf Gemische aus Feststoffteilchen oder Feststoffen in einem flüssigen Träger, die hinsichtlich der Zusammensetzung in einem makroskopischen Maßstab im wesentlichen einheitlich sind. Es ist anzunehmen, daß Gemische aus unterschiedlichen Arten von Feststoffteilchen oder Feststoffen in einem flüssigen Träger in mikroskopischem Maßstab, das heißt, als das Teilchengrößenniveau, nicht homogen sind.
Vorgeliert Stärkesuspensionen
Die Stärkekomponente kann jedes bekannte Stärkematerial umfassen, einschließlich eine oder mehrere nicht modifizierte Stärken, modifizierte Stärken und Stärkederivate. Bevorzugte Stärken können fast jede nicht modifizierte Stärke, die anfänglich in einem nativen Zustand als ein granulärer Feststoff vorliegt und die durch Mischen und Erwärmen eine thermoplastische Schmelze bilden wird, sein. Stärke wird typischerweise als eine natürliche Kohlenhydratkette, umfassend polymerisierte Glucosemoleküle in einer alpha-(1,4)-Verknüpfung, betrachtet, und ist in der Natur in Form von Körnchen anzutreffen. Solche Körnchen können aus dem Pflanzenmaterial durch bekannte Verfahren ohne weiteres entfernt werden. Stärken, die zum Bilden der vorgelierten Stärkesuspension, die in dem Verfahren der Erfindung verwendet wird, verwendet werden, besitzen, wünschenswerterweise die folgenden Eigenschaften: die Fähigkeit zur Bildung hydratisierter Gele und Aufrechterhalten dieser Gelstruktur in Gegenwart vieler Arten anderer Materialien und die Fähigkeit, zu kunststoffähnlichen Materialien bei niedrigen Temperaturen, zum Beispiel zwischen 0-60 °C, bevorzugt zwischen 0-40 °C, und in Gegenwart eines breiten Bereichs an Materialien und in feuchten Umgebungen zu schmelzen und hohe Bindungsfestigkeiten zu zeigen und offenzellige Strukturen sowohl für die Isolierung als auch Vernetzung von Komponenten zu erzeugen. Die bevorzugten Stärkequellen für Vorgele sind Getreidekörner (z. B. Mais, Wachsmais, Weizen, Sorghum, Reis und Wachsreis, die auch in mehlförmigem und zerstoßenem Zustand verwendet werden können), Knollen (Kartoffel), Wurzeln (Tapioka (d. h., Maniok und Mandiok), Süßkartoffel und Pfeilwurz), modifizierte Maisstärke und das Mark der Sagopalme.
Ohne sich an eine spezielle mechanistische Erläuterung für die gewünschten Eigenschaften, die unter Einsatz des Verfahrens der Erfindung erkennbar sind, binden zu wollen, wird angenommen, daß die Geleigenschaft andere Komponenten in Suspension hält, bis das Produkt geformt werden kann, und die Feuchtigkeitsgehalte in dem Gemisch bis zum und während des Formens konstant hält. Die zweite Eigenschaft wird beim Übergang in der Form von der Gelstruktur in eine trockenere und getrocknete Form, die dann zu dem kunststoffähnlichen Bindungsprodukt innerhalb der Begrenzungen der Form schmelzen wird, ersichtlich. Diese komplexe dreidimensionale vernetzte Struktur ist das Rückgrat für das Produkt, das sowohl Festigkeit als auch Isoliereigenschaften zeigt. Die vorgelierte Stärke wird durch das Mischen der Stärke mit Wasser (zum Beispiel bei Konzentrationen von etwa 2 bis 15 Gewichtsprozent des Vorgels, bevorzugt mindestens 2,5, 3, 5, 10 oder 15 Gew.-%) bei etwa Umgebungstemperatur (etwa 25 °C) hergestellt. Das Gel wird durch langsames Erwärmen des Wasser-Stärke-Gemisches unter konstanter Bewegung bis zur Bildung eines Gels gebildet. Fortdauerndes Erwärmen wird das Gel langsam abbauen, so daß das Verfahren gestoppt werden sollte, sobald der gewünschte Gelierungsgrad erreicht ist. Gele können kalt verwendet werden. Das Gel ist unter Kühlung für einige Tage stabil. Zur Lagerung kann ein Biozid, bevorzugt bei einer Konzentration von etwa 10 bis etwa 500 ppm, zugegeben werden.
Bevorzugte Stärkebasierende Bindemittel sind die, die bei einer relativ niedrigen Temperatur gelieren und eine hohe Viskosität erzeugen. Beispielsweise geliert Kartoffelstärke schnell und erreicht eine maximale Viskosität bei etwa 65 °C. Dann sinkt die Viskosität, wobei ein Minimum bei etwa 95 °C erreicht wird. Weizenstärke verhält sich ähnlich und kann auch verwendet werden. Solche Stärke-basierenden Bindemittel sind zur Herstellung dünnwandiger Gegenstände mit einer glatten Oberfläche und einer Haut mit ausreichender Dicke und Dichte zur Verleihung der gewünschten mechanischen Eigenschaften wertvoll.
Im allgemeinen sind Stärkekörnchen in kaltem Wasser unlöslich, ist die äußere Membran jedoch zum Beispiel durch Mahlen aufgebrochen worden, können die Körnchen in kaltem Wasser unter Bildung eines Gels quellen. Werden die intakten Körnchen mit warmem Wasser behandelt, quellen die Körnchen und ein Teil der löslichen Stärke diffundiert durch die Körnchenwand, wodurch eine Paste gebildet wird. In heißem Wasser quellen die Körnchen auf ein derartiges Ausmaß, daß sie bersten, was zur Gelierung des Gemisches führt. Die genaue Temperatur, bei der eine Stärke quillt und geliert, hängt von der Art der Stärke ab. Die Gelierung ist ein Ergebnis der linearen Amylosepolymere, die zu Beginn innerhalb der Körnchen komprimiert sind, sich dann Ausdehnen und miteinander und mit dem Amylopektin vernetzen. Nachdem das Wasser entfernt ist, bildet das resultierende Netz aus vernetzten Polymerketten ein festes Material, das eine Zugfestigkeit von bis zu etwa 40-50 MPa auf weisen kann. Die Amylosepolymere können auch zum Binden einzelner Aggregatteilchen und Fasern in dem formbaren Gemisch verwendet werden.
Die Menge an Wasser in Stärkeschmelzen kann durch den Austausch des Wassers, das von Natur aus in Stärke vorhanden ist, gegen einen geeigneten, wenig flüchtigen Weichmacher, der dafür sorgen kann, daß Stärke unter ihrer Zersetzungstemperatur schmilzt, wie Glycerin, Polyalkylenoxide, Mono- und Diacetate von Glycerin, Sorbitol, andere Zuckeralkohole und Citrate, reduziert werden. So kann die Verarbeitbarkeit verbessert und eine größere mechanische Festigkeit, bessere dimensionale Stabilität über die Zeit und mehr Erleichterung beim Mischen der Stärkeschmelze mit anderen Polymeren erreicht werden.
Das Wasser kann vor der Verarbeitung durch die Verwendung von Stärke, die vorgetrocknet worden ist, um so zumindest einen Teil des natürlichen Wassergehaltes zu entfernen, entfernt werden. Alternativ kann das Wasser während der Verarbeitung durch Entgasung oder Lüften des geschmolzenen Gemisches, beispielsweise mittels eines Extruders, ausgestattet mit Lüftungs- oder Entgasungsmitteln, entfernt werden. Native Stärke kann auch zu Beginn mit einer kleinen Menge Wasser und Glycerin gemischt werden, um Stärkeschmelzen zu bilden, die vor dem Abkühlen und der Verfestigung einem Entgasungsverfahren unterzogen werden, um so im wesentlichen das gesamte Wasser daraus zu entfernen.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 3-10%, bevorzugt, 3, 5, 7,5 oder 10%, Stärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, bevorzugt, Kartoffelstärke, und 90-97% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, erzeugt, so daß die vorgelierte Suspension bei niedrigen Temperaturen gehalten wird. In einer Ausführungsform kann die vorgelierte Stärkelösung bei allen Temperaturen über dem Gefrierpunkt, 0 °C, gehalten werden. In einer anderen Ausführungsform kann die vorgelierte Stärkelösung für mehr als 24 Stunden bis zu einigen Tagen bei kühler Lagerung, beispielsweise zwischen 3-15 °C, gehalten werden.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine vorgelierte Papierstärkesuspension aus etwa 5-15%, bevorzugt 10%, Stärke (bezogen auf das Gewicht des Vorgels), bevorzugt Kartoffelstärke; 5-10% Papiermasse (bezogen auf das Gewicht des Vorgels), bevorzugt 5,9-8%, stärker bevorzugt 7,3-7,5, 6,5-6,7 oder 5,9-6,1%; und 75-92,5% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) derart erzeugt, daß die vorgelierte Suspension bei niedrigen Temperaturen gehalten wird. In einer Ausführungsform kann die vorgelierte Papierstärkelösung bei allen Temperaturen über dem Gefrierpunkt, 0 °C, gehalten werden. In einer anderen Ausführungsform kann die vorgelierte Papierstärkelösung für mehr als 24 Stunden bis zu wenigen Tagen bei kühler Lagerung, beispielsweise zwischen 3-15 °C, gehalten werden.
Papiermasse
In einem Aspekt dieser Erfindung wird voraufgeschlossenes Papier mit dem Vorgel gemischt. Die bevorzugte Menge an zugegebener Papiermasse liegt im Bereich von 5-10 Gewichtsprozent des Vorgels, bevorzugt 5,9-8 Gew.-%, stärker bevorzugt 7,3-7,5, 6,5-6,7 oder 5,9-6,1%. Das voraufgeschlossene Papier kann mit 5-15%, bevorzugt 10% Kartoffel- oder einer anderen natürlichen Stärke (wie Maisstärke) und 75-90% Wasser, zum Beispiel 580 g Wasser, 57,5 g trockener Kartoffelstärke und 42,31 g Papiermasse gemischt werden. Das Gemisch wird mit wenigen U/min gerührt, während die Temperatur auf 60-70 °C erhöht wird, wonach vorgemischte trockene Inhaltsstoffe (Holzmehl (bevorzugt 5-10 Gew.-% mit einem Längenverhältnis von 1:8; 1:9,9; 1:9 oder 1:5), native Kartoffelstärke (bevorzugt 10-15% (bezogen auf das Gewicht)) und/oder native Maisstärke (bevorzugt 10-20% (bezogen auf das Gewicht)) zugegeben werden können.
Die Papiermasse dieser Erfindung kann durch irgendein in der Technik bekanntes Verfahren erzeugt werden. Die Cellulosemasseproduktion ist ein Verfahren, das hauptsächlich baumähnliche Spezies aus speziellen Kultivierungen nutzt. Zur Herstellung der Papiermasse wird Holz, dessen Größe typischerweise auf etwa 30-40 mm und eine Dicke von etwa 5-7 mm reduziert wurde, bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck mit geeigneten Mischungen chemischer Reagenzien, die selektiv Lignin- und Hemicellulosemakromoleküle angreifen, was diese löslich macht, behandelt. Fasermassen, die aus dieser ersten Behandlung resultieren, die üblicherweise als „Kochen" bezeichnet wird, werden „Rohmassen" genannt; sie enthalten nach wie vor teilweise modifiziertes Lignin und sind mehr oder weniger Havanna-Braun gefärbt. Rohmassen können weiteren chemisch-physikalischen Behandlungen, die zur Eliminierung nahezu aller Ligninmoleküle und gefärbter Moleküle im allgemeinen geeignet sind, unterzogen werden; dieser zweite Vorgang wird üblicherweise als das „Bleichen" bezeichnet. Für dieses Verfahren werden hauptsächlich schnell wachsende Holzpflanzen verwendet, die mit Hilfe chemischer Substanzen (Alkali oder Säuren) in Verbindung mit hohem Druck und hoher Temperatur selektiv delignifiziert werden, um Fasermassen zu erhalten, die Cellulose und andere Komponenten von Lignocellulose enthalten. Diese Fasermassen werden dann mechanischen und chemisch-physikalischen Behandlungen unterzogen, um die Entfernung der restlichen Lignin- und Hemicellulosekomponenten abzuschließen, und danach für die Papierherstellung verwendet. In den hierin beschriebenen Verpackungsmaterialien kann jede Form von Papiermasse verwendet werden.
Trockene oder feuchte Stärke
Nach der Bildung eines Vorgels können trockene oder feuchte Materialien zugegeben werden (wie Fasern, Mehl, Fasermasse oder trockene Stärken), um so das endgültige formbare Gemisch zu bilden. Die trockenen oder feuchten Materialien können vor der Zugabe zu dem Vorgel vorgemischt werden, um die Homogenität des Endproduktes und die strukturelle Integrität des geformten Endproduktes zu erhöhen. Bevorzugt liegt die Menge an Vorgel, das dem endgültigen Gemisch zugegeben wird, im Bereich von etwa 7-60 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung. Bevorzugt beträgt das Vorgel etwa mindestens 7, 8, 9, 10, 11, 12, 16, 16,3, 25, 33, 42, 47, 54, 50, 52, 55, 56, 60 oder 60,4 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung.
Eine Komponente in dem trockenen/feuchten Material, die der vorgelierten Stärke zugegeben werden kann, ist eine trockene oder feuchte Stärkebinderkomponente. Diese Stärke kann Mais- oder eine andere trockene Stärke (zum Beispiel Kartoffel-, Reis- oder Weizenstärke) sein. Quellstärke-basierende Bindemittel können dem formbaren Gemisch auch zugegeben werden. Quellstärke-basierende Bindemittel sind Stärken, die zuvor geliert, getrocknet und zurück in ein Pulver gemahlen worden sind. Da Quellstärke-basierende Bindemittel in kaltem Wasser gelieren, können solche Stärkebasierenden Bindemittel dem formbaren Gemisch zugegeben werden, um die Viskosität des Gemisches vor seiner Behandlung zu erhöhen. Die erhöhte Viskosität verhindert das Absetzen und ist bei der Erzeugung dickerer Zellwände behilflich. Diese Stärkekomponente kann auf ähnlich Weise wie oben beschrieben vorgeliert werden. Beispielsweise kann die zweite Stärkekomponente in einem Gemisch aus zwischen etwa 1 und 15% Stärke (zum Beispiel 15% Maisstärke) und 85-99% Wasser vorgeliert werden. In diesen Fällen kann dem homogenen Gemisch nach Bedarf zusätzliche Trockenstärke zugegeben werden, um überschüssiges Wasser zu adsorbieren. Ist die vorgelierte zweite Stärke noch feucht, liegt die bevorzugte Zugabemenge im Bereich von 55-65 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung, am stärksten bevorzugt bei etwa 57 Gew.-% oder etwa 65 Gew.-%.
Die Konzentration des nativen Stärkebindemittels in den formbaren Gemischen der vorliegenden Erfindung liegt bevorzugt im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 15 bis etwa 30 und am stärksten bevorzugt bei mindestens etwa 6, 20, 21, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 oder 34 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung. Ferner können Kombinationen unterschiedlicher Stärken eingesetzt werden, um die Viskosität des Gemisches über einen Temperaturbereich besser kontrollieren sowie die strukturellen Eigenschaften des endgültigen ausgehärteten Gegenstandes beeinflussen zu können. Beispielsweise kann das Gemisch aus einem Gemisch aus trockener oder feuchter Mais- und Kartoffelstärke (16-44% Mais- und Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung) bestehen, so daß die Maisstärke zwischen etwa 13-30%, bevorzugt zwischen etwa 13-18% oder 28-30%, und die Kartoffelstärke zwischen etwa 3-14%, bevorzugt etwa 11-14% oder 3-5% der endgültigen homogenen, formbaren Zusammensetzung ausmacht.
Stärke wird in vielen Pflanzen erzeugt und viele Stärken können geeignet sein, jedoch sind wie bei der Stärke, die im Vorgel verwendet wird, bevorzugte Stärkequel len die Samen von Getreidekörnern (z. B. Mais, Wachsmais, Weizen, Sorghum, Reis und Wachsreis), die in mehlförmigem und zerstoßenem Zustand verwendet werden können. Andere Stärkequellen umfassen Knollen (Kartoffel), Wurzeln (Tapioka (d. h., Maniok und Mandiok), Süßkartoffel und Pfeilwurz), und das Mark der Sagopalme. Die Stärke kann aus natürlicher Stärke, chemisch und/oder physikalisch modifizierter Stärke, biotechnologisch erzeugter und/oder genetisch modifizierter Stärke und Gemischen davon ausgewählt werden. Geeignete Stärken können auch aus den folgenden ausgewählt werden: ahipa, apio (Arracacha), Pfeilkraut (Pfeilwurz, chinesische Kartoffel, Jicama), Baddo, Bittercasava, brasilianischer Pfeilwurz, Casava (Yucca), chinesische Artischocke (Crosne), japanische Artischocke (Chorogi), chinesische Wasserkastanie, Coco, Cocoyam, Dasheen, Eddo, Begonie, Feueropal, Goo, japanische Kartoffel, Jerusalem-Artischocke (Erdbirne, Feueropal), Lilienwurzel, Ling gaw, Malanga (Tanier), Kochbanane, Süßkartoffel, Mandioka, Maniok, mexikanische Kartoffel, mexikanische Yamwurzelbohne, old Cocoyam, Jicama, Zuckerkartoffel, Pfeilwurzknolle, Rosserdapfel, Erdbirne, Süßcasava, Tanier, Tannia, Tannier, Tapiokawurzel, Taro, Topinambur, Wasserkastanie, Wasserlilienwurzel, Yamwurzelbohne, Yamwurzel, Yautia, Gerste, Mais, Sorghum, Reis, Weizen, Hafer, Buchweizen, Roggen, Kamut^®-Weizen, Triticale, Dinkel, Amarant, schwarze Quinoa, Hie, Hirse, Wegerichsamenschalen, Psylliumsamenschalen, Quinoaflocken, Quinoa, Teff.
Stärken, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, umfassen nicht modifizierte Stärken (Amylose und Amylopektin) und modifizierte Stärken. Unter modifiziert ist zu verstehen, daß die Stärke durch typische in der Technik bekannte Verfahren, wie zum Beispiel Veresterung, Veretherung, Oxidation, Säurehydrolyse, Vernetzung und Enzymumwandlung, derivatisiert oder modifiziert wird. Typische modifizierte Stärken umfassen Ester, wie die Acetat- und die Halbester von Dicarbonsäuren/Anhydriden, insbesondere den Alkenylbernsteinsäuren/Anhydriden; Ether, wie die Hydroxyethyl- und Hydroxypropylstärken; oxidierte Stärken wie die, die mit Hypochlorit oxidiert sind; Stärken, die mit Vernetzungsmittel umgesetzt wurden, wie Phosphor(V)-oxidchlorid, Epichlorhydrin, hydrophobe kationische Epoxide und Phosphatderivate, hergestellt durch die Umsetzung mit Natrium- oder Kaliumorthophosphat oder -tripolyphosphat, und Kombinationen davon. Modifizierte Stärken umfassen auch Seagel, langkettige Alkylstärken, Dextrine, Aminstärken und Dialde hydstärken. Nicht modifizierte Stärkebasierende Bindemittel sind gegenüber modifizierten Stärkebasierenden Bindemitteln im allgemeinen bevorzugt, da sie signifikant weniger kosten und vergleichbare Gegenstände ergeben.
Die trockenen Inhaltsstoffe wie Maisstärke und Holzmehl werden bevorzugt in einem homogenen Gemisch vorgemischt, bevor sie dem Vorgel zugegeben werden. Die trockene/feuchte Stärke und das Holzmehl oder die Holzfasern können zur Bildung eines homogenen Gemisches unter Verwendung irgendwelcher geeigneten Mittel, wie zum Beispiel einem kommerziellen Kitchen Aid^®-Mixer, gemischt werden.
Holzmehl oder -fasern
In der vorliegenden Erfindung können zusätzliche Fasern als Teil des trockenen/feuchten Materials, das der vorgelierten Stärke zugegeben wird, eingesetzt werden. Die verwendeten Fasern sind bevorzugt organische und am stärksten bevorzugt Cellulose-basierende Materialien, die Stärken chemisch betrachtet dahingehend ähnlich sind, daß sie polymerisierte Glucosemoleküle umfassen. „Cellulosefasern" bezieht sich auf Fasern jeder Art, die Cellulose enthalten oder aus Cellulose bestehen. Hierin bevorzugte Pflanzenfasern sind die mit unterschiedlichen Längen im Bereich von 600 bis 3000 Mikrometer, in erster Linie von Hanf, Baumwolle, Pflanzenblättern, Sisal, Abaka, Bagasse, Holz (sowohl Hartholz als auch Weichholz, von denen Beispiele südliches Hartholz bzw. südliche Pinie umfassen) oder Stämmen, oder anorganische Fasern aus Glas-, Graphit-, Siliciumdioxid-, Keramik- oder Metallmaterialien. Die Cellulosefasern umfassen Holzfasern und Holzmehl. In einer Ausführungsform werden dem Endgemisch 11-24 Gewichtsprozent Holzfasern oder -mehl zugegeben. In den bevorzugten Ausführungsformen machen Holzfasern oder -mehl mindestens etwa 11, 12, 13, 14, 16, 17 und 23,3 Gewichtsprozent der homogenen, formbaren Zusammensetzung aus.
Holzmehl und -fasern haben große Ähnlichkeit mit rauhen Zahnstochern mit kleinen stachelähnlichen Strukturen, die aus der Hauptfaser herauskommen, wodurch sie an dem Vernetzungsverfahren bei der Abkühlung der Stärkeschmelze teilnehmen. Diese Eigenschaft verleiht der in der Form erzeugten Oberfläche sowohl Festigkeit als auch Wasserbeständigkeit. Das schnelle Mahlverfahren zur Erzeugung von Mehl oder kurzen Fasern umgeht die teuren und verschmutzenden Verfahren, die zur Herstellung von Fasermasse und Papier genutzt werden. Das Holzmehl kann harzartiges Holzmehl sein. Bevorzugt ist das Holzmehl Weichholzmehl, das relativ große Mengen an Harz enthält. Überdies wird Weichholz industriell in großem Maßstab verwendet, wie im Baugewerbe, mit der Folge, daß große Mengen Holzmehl zum Beispiel aus Sägemühlen zu einem geringen Preis erhältlich sind. Holzmehle können, basierend auf der Korngröße des Mehls, eingestuft werden. Im allgemeinen ist Holzmehl mit einer Korngröße von 20-100 und einem Längenverhältnis von 1:8 oder 1:9 oder 1:10 oder weniger geeignet.
Größere Teilchen werden als Fasern betrachtet. Der Ausdruck „Fasern" bezieht sich auf feine dünne Objekte, die in ihrer Länge begrenzt sind, wobei sie länger als breit sind. Sie können als einzelne Fasern oder als Faserbündel vorliegen. Solche Fasern können in einer Art und Weise, die dem Fachmann bekannt ist, hergestellt werden. Bevorzugte Fasern haben ein geringes Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis und ergeben leichte Materialien mit hervorragender Festigkeit. Im allgemeinen werden die in der Erfindung verwendeten Fasern ein Längenverhältnis von zwischen etwa 1 :2 und 1:10; 1:2 und 1:9; 1:2 und 1:8; 1:2 und 1:7; 1:2 und 1:6; 1:2 und 1:5; 1:2 und 1:4; 1:2 und 1:3; 1:2 und 1:2; oder 1:2 und 1:9,9 haben.
Es ist davon auszugehen, daß einige Fasern, wie südliche Pinie und Abaka, hohe Einreiß- und Berstfestigkeiten haben werden, während andere, wie Baumwolle, eine geringer Festigkeit aber größere Flexibilität haben. Sind bessere Plazierung, höhere Flexibilität und höhere Einreiß- und Berstfestigkeit gewünscht, kann dem Gemisch eine Kombination aus Fasern mit variierenden Längenverhältnissen und Festigkeitseigenschaften zugegeben werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird erkennbar, daß zur Verringerung des Restgeruchs von Holz in dem Endprodukt die Menge an Papiermasse auf 50 oder 30-50%, bezogen auf das Gewicht des endgültigen Gemisches, erhöht und die Menge an Holzmehl oder -fasern auf 0% verringert werden kann.
Zusätzliche Materialien
Neben der trockenen/feuchten Stärke und dem Holzmehl kann das homogene Gemisch auch ein oder mehrere zusätzliche Materialien umfassen, was von den gewünschten Merkmalen des Endproduktes abhängt. Roherde-Füllstoffe können für ein stabileres Produkt eingeführt werden. Geeignete Füllstoffe umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Tone, wie Bentonit, amorphe Rohprodukte, wie Gips (Calciumsulfatdehydrat) und Calciumsulfat, Mineralien, wie Kalkstein, und künstliche Materialien, wie Flugasche. Diese Roherde-Füllstoffe können an der Vernetzung und Bindung, die während des Formungsverfahrens stattfinden, teilnehmen. Andere Beispiele nützlicher Füllstoffe umfassen Perlit, Vermiculit, Sand, Kies, Gestein, Kalkstein, Sandstein, Glaskügelchen, Aerogel, Xerogele, Seagel, Glimmer, Ton, synthetischen Ton, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Quarzglas, tafelförmiges Aluminiumoxid, Kaolin, Mikrokügelchen, Hohlglaskügelchen, poröse Keramikkügelchen, Calciumcarbonat, Calciumaluminat, leichte Polymere, Xonotlit (ein kristallines Calciumsilikatgel), Blähtone, hydratisierte oder nicht hydratisierte Wasserzementteilchen, Bimsstein, Blähgestein und andere geologische Materialien. Teilweise hydratisierter und hydratisierter Zement sowie Quarzstaub haben eine große Oberfläche und bieten hervorragende Vorteile wie hohe Anfangsbindungskraft des frisch geformten Gegenstandes. Selbst ausgesonderte anorganisch gefüllte Materialien wie ausgesonderte Behälter oder andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung können als Aggregatfüllstoffe und Verstärkungsmittel eingesetzt werden. Es ist ebenso anzunehmen, daß die Behälter und anderen Gegenstände der vorliegenden Erfindung leicht und effektiv recycelt werden können, einfach indem sie frischen formbaren Gemischen als ein Aggregatfüllstoff zugegeben werden. Auch Wasserzement kann entweder in seiner hydratisierten oder nicht hydratisierten Form zugegeben werden. Sowohl Ton als auch Gips können wichtige Aggregatmaterialien sein, da sie ohne weiteres erhältlich, relativ kostengünstig, bearbeitbar sind, leicht geformt werden können, und auch einen gewissen Grad an Bindung und Festigkeit bereitstellen, wenn sie in ausreichend großen Mengen (zum Beispiel im Falle von Gipshalbhydrat) zugegeben werden. Da Gipshalbhydrat mit Wasser in dem formbaren Gemisch reagieren kann, kann es als ein Mittel eingesetzt werden, das Wasser in dem Formkörper halten kann. Bevorzugt werden die anorganischen Materialien in einer Menge von bis zu etwa 5,0-4, 0- 13, 2-13 oder 0-15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Endzusammensetzung, zugegeben.
Wegen der breiten Vielfalt an Mitteln, die als Füllstoffe zugegeben werden können, sind bevorzugte Konzentrationsbereiche schwer zu berechnen. Für Bentonitton beträgt ein bevorzugter Bereich etwa 2,5-4%, bezogen auf das Gewicht des Endgemisches. Die zusätzlichen Mittel können zuvor gelöst oder trocken zugegeben werden. Eine bevorzugte Tonaufschlämmung sind 20% Bentonitton in Wasser.
Überdies können weitere Cellulose-basierende Verdickungsmittel zugegeben werden, die eine breite Vielzahl an Celluloseethern umfassen, wie Methylhydroxyethylcellulose, Hydroxymethylethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxyethylpropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und dergleichen. Andere natürliche Polysaccharid-basierende Verdickungsmittel umfassen zum Beispiel Alginsäure, Phykokolloide, Agar, Gummi arabikum, Guargummi, Johannisbrotgummi, Karayagummi, Xanthan und Tragant. Geeignete Protein-basierende Verdickungsmittel umfassen zum Beispiel, Zein^® (ein aus Mais stammendes Prolamin), Kollagen (Derivate, die aus Tierbindegewebe extrahiert wurden, wie Gelatine und Leim) und Kasein (aus Kuhmilch stammend). Geeignete synthetische organische Verdickungsmittel umfassen zum Beispiel Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglycol, Polyvinylalkohol, Polyvinylmethylether, Polyacrylsäuren, Polyacrylsäuresalze, Polyvinylacrylsäuren, Polyvinylacrylsäuresalze, Polyacrylamide, Ethylenoxidpolymere, Polymilchsäure und Latex. Latex ist eine breite Kategorie, die eine Vielzahl polymerisierbarer Substanzen umfaßt, die in einer Wasseremulsion gebildet werden. Ein Beispiel ist Styrol-Butadien-Copolymer. Weitere Copolymere umfassen: Vinylacetat, Acrylatcopolymere, Butadiencopolymere mit Styrol und Acetonitril, Methylacrylate, Vinylchlorid, Acrylamid, fluorierte Ethylene. Hydrophile Monomere können aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: N-(2-Hydroxypropyl)-methacrylamid, N-Isopropylacrylamid, N,N-Diethylacryl-amid, N-Ethylmethacrylamid, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Acrylsäure-2-(2-hydroxyethoxy)ethylmethacrylat, Methacrylsäure und anderen, und können zur Herstellung hydrolytisch abbaubarer polymerer Gele verwendet werden. Geeignete hydrophobe Monomere können aus der 2-Acetoxyethylmethacrylat-Gruppe von Monomeren, umfassend Dimethylamino ethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, tert-Butylacrylamid, n-Butylacrylat, Methylmethacrylat und Hexylacrylat, ausgewählt werden. Die Polymerisation kann in Lösungsmitteln, z. B. in Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Wasser, Alkoholen, wie Methanol und Ethanol, unter Verwendung üblicher Initiatoren der Radikalpolymerisation durchgeführt werden. Die hydrophilen Gele sind in saurer Umgebung bei pH 1 bis 5 stabil. Unter neutralen oder schwach alkalischen Bedingungen bei einem pH über 6,5 zersetzen sich die Gele. Die oben genannten Gele sind nicht toxisch, genau wie ihre biologischen Abbauprodukte.
Andere Copolymere umfassen: aliphatischen Polyester, Polycaprolacton, Poly-3-hydroxybuttersäure, Poly-3-hydroxyvaleriansäure, Polyglycolsäure, Copolymere von Glycolsäure und Milchsäure und Polylactid, PVS, SAN, ABS, Phenoxy, Polycarbonat, Nitrocellulose, Polyvinylidenchlorid, ein Styrol/Allylalkohol-Copolymer, Polyethylen, Polypropylen, natürlichen Kautschuk, ein Styrol/Butadien-Elastomer und -Blockcopolymer, Polyvinylacetat, Polybutadien, Ethylen/Propylen-Kautschuk, Stärke und thermoplastisches segmentiertes Polyurethan, Homopolymere oder Copolymere von Polyestern, Polyorthoestern, Polylactiden, Polyglycoliden, Polycaprolactonen, Polyhydroxybutyraten, Polyhydroxyvaleraten, Pornosäuren (porno acids), Pseudopolyaminosäuren, Polyamiden und Polyanhydriden, Homopolymere und Copolymere von Polymilchsäure, Polyglycolsäure, Polycaprolacton (PCL), Polyanhydriden, Polyorthoestern, Polyaminosäuren, Pseudopolyaminosäuren, Polyhydroxybutyraten, Polyhydroxyvaleraten, Polyphosphazenen und Polyalkylcyanoacrylaten.
Weitere Polymere, die zugegeben werden können, umfassen: Zitrate, Diethylcitrat (DEC), Triethylcitrat (TEC), Acetyltriethylcitrat (ATEC), Tributylcitrat (TBC), Acetyltributylcitrat (ATBC), Phthalate, wie Dimethylphthalat (DMP), Diethylphthalat (DEP), Triethylphthalat (TEP), Dibutylphthalat (DBP), Dioctylphthalat, Glycolether, wie Ethylenglycoldiethylether, Propylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonoethylether, Diethylenglycolmonoethylether (Transcutol^TM), Propylenglycolmonotertiärbutylether, Dipropylenglycolmonomethylether, n-Methylpyrrolidon, 2-Pyrrolidon (2-Pyrrol^TM) Propylenglycol, Glycerol, Glyceryldioleat, Ethyloleat, Benzylbenzoat, Glycofurolsorbitolsaccharoseacetatisobutyrat, Butyryltri-n-hexyl-citrat, Acetyltri-n-hexylcitrat, Sebacate, wie Dibutylsebacat, Tributylsebacat, Dipropylenglycolmethyletheracetat (DPM- Acetat), Propylencarbonat, Propylenglycollaurat, Propylenglycolcaprylat/caprat, Capryl/Caprintriglycerid, gamma-Butyrolacton, Polyethylenglycole (PEG), Glycerol- und PEG-Ester von Säuren und Fettsäuren (Gelucires^TM, Labrafils^TM und Labrasol^TM), wie PEG-6-Glycerolmonooleat, PEG-6-Glycerollinoleat, PEG-8-Glycerollinoleat, PEG-4-Glycerylcaprylat/caprat, PEG-8-Glycerylcaprylat/caprat, Polyglyceryl-3-oleat, Polyglyceryl-6-dioleat, Polyglyceryl-3-isostearat, PEG-32-Glyceryllaurat (Gelucire 44/1^TM), PEG-32-Glycerylpalmitostearat (Gelucire 50/13^TM), PEG-32-Glycerylstearat (Gelucire 53/10^TM), Glycerylbehenat, Cetylpalmitat, Glyceryldi- und -tristearat, Glycerylpalmitostearat und Glyceryltriacetat (Triacetin^TM), pflanzliche Öle, erhalten aus Samen, Blumen, Früchten, Blättern, dem Stamm oder einem anderen Teil einer Pflanze oder eines Baumes, umfassend Baumwollsamenöl, Sojabohnenöl, Mandelöl, Sonnenblumenöl, Erdnußöl, Sesamöl. Die Verwendung von zwei oder mehr Weichmachern in einer Kombination oder einem Gemisch aus variierenden Verhältnissen und Hydrophilie oder Hydrophobie ist von der vorliegenden Erfindung ebenso umfaßt. Weichmacher umfassen auch: Phthalate, Glycolether, n-Methylpyrrolidon, 2-Pyrrolidon, Propylengycol, Glycerol, Glyceryldioleat, Ethyloleat, Benzylbenzoat, Glycofurolsorbitol, Saccharoseacetatisobutyrat, Butyryltri-n-hexyl-citrat, Acetyltri-n-hexylcitrat, Sebacate, Dipropylenglycolmethyletheracetat (DPM-Acetat), Propylencarbonat, Propylenglycollaurat, Propylenglycolcaprylat/caprat, Capryl/Caprintriglycerid, gamma-Butyrolacton, Polyethylenglycole (PECs), pflanzliche Öle, erhalten aus Samen, Blumen, Früchten, Blättern, dem Stamm oder einem anderen Teil einer Pflanze oder eines Baumes, umfassend Baumwollsamenöl, Sojabohnenöl, Mandelöl, Sonnenblumenöl, Erdnußöl, Sesamöl, Glycerol- und PEG-Ester von Säuren und Fettsäuren, Polyglyceryl-3-oleat, Polyglyceryl-6-dioleat, Polyglyceryl-3-isostearat, PEG-32-Glyceryllaurat, PEG-32-Glycerylpalmitostearat, PEG-32-Glycerylstearat, Glycerylbehenat, Cetylpalmitat, Glyceryldi- und -tristearat, Glycerylpalmitostearat und Glyceryltriacetat. Diese Materialien können auch in Kombination mit anderen Polymeren zugegeben werden, um die Flexibilität zu verbessern.
Die Zugabe dieser Elemente wird die Produktionseffizienz für das Produkt auf der Elementbasis erhöhen. Backpulver und andere Materialien wie Treibmittel, die Gase freisetzen (z. B. Natrium- oder Calciumbicarbonate oder -carbonate) können in die Zusammensetzungen der Erfindung eingeführt werden, um die Anzahl offener Zellen in der Endstruktur durch die Einführung einer Quelle für Kohlendioxidgas, das in der Form freigesetzt wird, zu erhöhen.
Glycerol, mikrokristallines Wachs, Fettalkohole und andere ähnliche organische Moleküle können als ein Formtrennmittel und zur Erzeugung einer glatteren Oberfläche auf dem fertigen Produkt zugegeben werden. Beispiele für Mittel, die entweder als Weichmacher oder als Formtrennmittel zugegeben werden können, sind Ethylenglycol, Propylenglycol, Glycerin, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,5-Hexandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2,6-Hexantriol, 1,3,5-Hexantriol, Neopentylglycol, Sorbitolacetat, Sorbitoldiacetat, Sorbitolmonoethoxylat, Sorbitoldiethoxylat, Sorbitolhexaethoxylat, Sorbitoldipropoxylat, Arrunosorbitol, Trihydroxymethylaminomethan, Glucose/PEG, das Reaktionsprodukt von Ethylenoxid mit Glucose, Trimethylolpropanmonoethoxylat, Mannitolmonoacetat, Mannitolmonoethoxylat, Butylglucosid, Glucosemonoethoxylat, α-Methylglucosid, das Natriumsalz von Carboxymethylsorbitol, Polyglycerolmonoethoxylat, Erythritol, Pentaerythritol, Arabitol, Adonitol, Xylitol, Mannitol, Iditol, Galactitol, Allitol, Sorbitol, mehrwertige Alkohole, im allgemeinen Ester von Glycerin, Formamid, N-Methylformamid, DMSO, Mono- und Diglyceride, Alkylarruide, Polyole, Trimethylolpropan, Polyvinylalkohol mit 3 bis 20 Wiederholungseinheiten, Polyglycerole mit 2 bis 10 Wiederholungseinheiten und Derivate der vorstehenden. Beispiele für Derivate umfassen Ether, Thioether, anorganische und organische Ester, Acetale, Oxidationsprodukte, Amide und Amine. Diese Mittel können mit 0-10%, bevorzugt 3-4% (Gew./Gew.) zugegeben werden. Eine Überlegung hinsichtlich des erfinderischen Gemisches sollte sein, daß die Zusammensetzung bevorzugt mindestens 75%, stärker bevorzugt mindestens 95% natürlich oder organisch abgeleiteter Materialien, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, enthält.
Herstellung von Formkörpern
Das Stärke-Holzmehlgemisch mit allen eingeführten Additiven wird der vorgelierten Stärke zugegeben und gemischt (zum Beispiel mit einem kommerziellen Kitchen Aid^®-Mixer) bis sich ein homogenes Gemisch gebildet hat. Das Gemisch kann so dick sein wie Erdnußbutter oder so dünn wie ein Eierkuchenteig. Es können variierende Mengen von zusätzlichem Wasser zugegeben werden, damit auf verschiede ne Weise geformt werden kann, da die Form des vorgeformten [rohen] Produktes von der Form, der Erwärmungsgeschwindigkeit und der Trocknungs-/Schmelzzeit abhängt. Soll das Produkt durch klassische Einspritzverfahren geformt werden, ist das Material dünner, wird das Material mit der nachstehend beschriebenen Ausrüstung geformt, ist das Gemisch dicker. Das Material kann auch in Rohlagen gewalzt und geformt, extrudiert und zu trockenen Pellets für andere Verfahren gemacht werden. Die Mittel zur Herstellung des Produktes können aus irgendeinem der vielen möglichen Verfahrensansätze kreiert werden. Eine spezielle Methodik wird nachstehend beschrieben, diese Beschreibung soll jedoch nur ein mögliches Produktionshilfsmittel beschreiben und den dargelegten Ansatz in keinster Weise einschränken. Während das hierin ausgeführte Formpreßverfahren von Nutzen ist, können auch andere Arten des Formpressens, Spritzgießens, Extrudierens, Gießens, Druckluftformens, Vakuumformens usw. genutzt werden. Eine Ausführungsform umfaßt Produktionshilfsmittel, das sich bewegende obere und untere kontinuierliche Laufbahnen mit jeweils einem oberen und einem unteren im wesentlichen länglichen horizontalen Abschnitt umfaßt, wobei ein gebogener Teil der Laufbahn den oberen und unteren horizontalen Abschnitt jeder oberen und unten Laufbahn verbindet. Auf den Laufbahnen fährt ein Fließband aus irgendeinem Material oder einer Kombination von Materialien, welches eine konstante oder unstetige Bewegung des Bandes oder einer Bandeinheit über die Laufbahnen ermöglicht. Die Laufbahnen sind vertikal angeordnet, so daß der obere Teil der unteren Laufbahn und der unter Teil der oberen Laufbahn eng beieinander stehen, so daß sich die Bänder jeder Laufbahn bei einer synchronisierten Geschwindigkeit und in eine gemeinsame Richtung bewegen. In dieser Ausführungsform wird die Patrize an das Band, das der oberen Laufbahn folgt, montiert, und die Matrize wird an das Band, das der unteren Laufbahn folgt, montiert, wobei die Laufbahnen so synchronisiert sind, daß die Formhälften zusammengefügt und geschlossen werden, wenn sie zwischen der oberen und der unter Laufbahn zusammenlaufen. In dieser Ausführungsform wird das zu verarbeitende Material in die Matrize gegeben, bevor sich die Formhälften schließen, oder wird in die Form eingespritzt, nachdem diese geschlossen wurde. Die Laufbahn- und Bandanordnungen halten die Formhälften während des Trocknens durch irgendeines der vielen oder eine Kombination von Verfahren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Druckkraft, pneumatische Kraft oder mechanische Kompression, zusammen.
Andere Druckverfahren sind auch möglich. Eine mögliche Anordnung des gebogenen Endes der Laufbahnen richtet diese so aus, daß der obere horizontale Abschnitt der unteren Laufbahnen vor dem unteren horizontalen Abschnitt der oberen Laufbahnen beginnt, wodurch die Matrize des oberen Abschnittes der unteren Laufbahn vor der Patrize, die an der oberen Laufbahn angebracht ist, im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, dabei kann die Matrize das abgelegte Material erreichen, bevor sie in die entsprechende Patrizenhälfte, die von der oberen Laufbahn- und Bandanordnung zuläuft, eingreift. Andere Aspekte, die diese Ausführungsform umfassen kann, sind entfernbare Werkzeugeinsätze und/oder mehrere Hohlräume in den Formen; Erwärmen der Formen oder des Produktes, um das Trocknen zu beschleunigen, durch elektrische, Mikrowellen-, Heißgas, Reibungs-, Ultraschall- oder irgendwelche anderen Mittel: On-the-fly-Reinigung der Formen, On-the-fly-Beschichtung des Produktes mit irgendeinem von vielen Beschichtungsmitteln.
In einer anderen Ausführungsform wird das formbare Gemisch nach seiner Herstellung in einem erwärmten Formhohlraum plaziert. Der erwärmte Formhohlraum kann viele verschiedene Ausführungsformen umfassen, einschließlich Formen, die in herkömmlichen Spritzgießverfahren verwendet werden, und Gesenkpreßformen, die zusammengeführt werden, nachdem das anorganische Gemisch in der Matrize plaziert wurde. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das formbare Gemisch beispielsweise in einer erwärmten Matrize plaziert. Danach wird eine erwärmte Patrize komplementär mit der Matrize gekoppelt, wobei sich das Gemisch zwischen den Formen positioniert. Wird das Gemisch erwärmt, geliert das Stärke-basierende Bindemittel, wodurch sich die Viskosität des Gemisches erhöht. Gleichzeitig vergrößert sich das Volumen des Gemisches in den erwärmten Formhohlräumen infolge der Bildung von Gasblasen aus dem verdampfenden Lösungsmittel, die anfangs in der viskosen Matrix eingeschlossen werden. Durch die selektive Kontrolle der thermodynamischen Parameter, die auf das Gemisch angewendet werden (z. B. Druck, Temperatur und Zeit), sowie der Viskosität und des Lösungsmittelgehaltes, kann das Gemisch zu einem formstabilen Gegenstand mit einer selektiv gestalteten zellulären Strukturmatrix geformt werden.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wird eine Temperatur zwischen 195-225 °C, bevorzugt 200 °C, zur Wärmebehandlung für einen Zeitraum von 60-90 Sekunden, bevorzugt 75 Sekunden, verwendet. Die Temperaturen können, basierend auf dem herzustellenden Gegenstand, variieren, beispielsweise sind 200 °C für eine schnelle Herstellung dünnwandiger Gegenstände wie Tassen bevorzugt. Dickere Gegenstände erfordern mehr Zeit zur Entfernung des Lösungsmittels und werden bevorzugt bei niedrigeren Temperaturen erwärmt, um die Verbrennungsneigung des Stärke-basierenden Bindemittels und Fasern zu verringern. Werden die Gegenstände zu lange in den geschlossenen Formen gehalten, kann es zum Brechen oder einer Verformung der Gegenstände kommen.
Die Temperatur der Form kann auch die Oberflächentextur der Formen beeinflussen. Nach der Bildung der Außenhaut tritt das Lösungsmittel, das im Inneren des Gemisches verbleibt, durch winzige Öffnungen in der Außenhaut und wandert dann zwischen der Haut und der Formoberfläche zu den Entlüftungslöchern. Ist eine Form heißer als die andere, greift der Hauptsatz der Thermodynamik, und die Erfahrung hat gezeigt, daß der Dampf eher zu der kälteren Form hin wandert. Im Ergebnis wird die Oberfläche des Gegenstandes gegenüber der heißeren Form eine glattere und gleichmäßigere Oberfläche haben als die Oberfläche gegenüber der kälteren Oberfläche.
Aus den Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Gegenständen hergestellt werden. Die Ausdrücke „Gegenstand" und „industriell gefertigter Gegenstand", wie hierin verwendet, sollen alle Erzeugnisse umfassen, die unter Verwendung des offenbarten Verfahrens hergestellt werden können.
Beschichtung eines Formkörpers
Vor, während oder nach einem Formungsverfahren können Beschichtungen auf die Oberfläche eines im wesentlichen getrockneten Gegenstandes für jeden gewünschten Zweck aufgetragen werden, um den Gegenstand so wasserdichter, geschmeidiger und lebensmitteltauglicher und flexibler zu machen oder ihm eine glänzendere Oberfläche zu verleihen. Beschichtungen können zur Veränderung der Oberflächen merkmale, die das Versiegeln und Schützen des daraus erzeugten Gegenstandes umfassen, verwendet werden. Beschichtungen können vor Feuchtigkeit, Basen, Säuren, Schmierfett und organischen Lösungsmitteln schützen. Sie können eine glattere, glänzendere oder abriebfestere Oberfläche ergeben, sie können den Gegenstand verstärken und Beschichtungen können auch Reflexions-, elektrische Leitfähigkeits- oder Isoliereigenschaften liefern.
Wasserbeständigkeit kann durch die Verwendung einer wasserbeständigen Schicht, die auf eine oder beide Seiten des Produktes aufgetragen wird, erreicht werden. Es gibt viele derzeit erhältliche Beschichtungen, die zur Beschichtungen dieses Produktes verwendet werden können. Einige davon sind: PROTECoaT 6616B von New Coat, Inc., Zein^® – ein bioabbaubares Material, isoliert aus Mais; Polymilchsäure [PLA] – ein Polymer von Milchsäure aus Fermentationsrohstoff; Polyhydroxyalkanoate [PHA] aus mikrobieller Fermentation; bakterielle Cellulose; Chitosan-basierende Polymere – aus Schalentierabfällen; natürliche Wachse und Öl-basierende Beschichtungen.
Geeignete organische Beschichtungen umfassen eßbare Öle, Melamin, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyacrylate, Polyamide, Hydroxypropylmethylcellulose, Polyethylenglycol, Acryle, Polyurethan, Polyethylen, Polymilchsäure, Biopol^® (ein Polyhydroxybutyrat-Hydroxyvalerat-Copolymer), Stärken, Sojabohnenprotein, Polyethylen und synthetische Polymere, einschließlich bioabbaubare Polymere, Wachse (wie Bienenwachs oder Erdölbasierendes Wachs), Elastomere, eßbare Öle, Fettalkohole, Phospholipide und andere Biochemikalien mit hohem Molekulargewicht und Gemische oder Derivate davon. Biopol^® wird von ICI im Vereinigten Königreich hergestellt. Elastomer-, Kunststoff- oder Papierbeschichtungen können bei der Konservierung der Integrität des Gegenstandes behilflich sein. Geeignete anorganische Beschichtungen umfassen Natriumsilicat, Calciumcarbonat, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Kaolin, Ton, Keramik und Gemische davon. Die anorganischen Beschichtungen können auch mit einer oder mehreren der oben angegebenen organischen Beschichtungen gemischt werden. Beschichtungen, die auf Materialien wie Sojabohnenöl oder Methocel^® (erhältlich von Dow Chemical), entweder allein oder in Kombination mit Polyethylenglycol, basieren, können auf die Oberfläche auf getragen werden, um den Gegenstand oder einen Gelenkbereich in dem Gegenstand dauerhaft weich zu machen.
Die Beschichtung kann entweder während des Formungsverfahrens, oder nachdem der Gegenstand geformt wurde, aufgetragen werden. Die Beschichtung kann während des Formungsverfahrens durch Zugabe eines Beschichtungsmaterials, das ungefähr dieselbe Schmelztemperatur hat wie die Peaktemperatur des Gemisches, gebildet werden. Wird das Gemisch erhitzt, schmilzt das Beschichtungsmaterial und bewegt sich mit dem verdampften Lösungsmittel zur Oberfläche des Gegenstandes, wo es die Oberfläche beschichtet.
Die Beschichtungen können unter Verwendung irgendeines Beschichtungsmittels, das in der Technik zur Herstellung von Papier, Pappe, Kunststoff, Polystyrol, Blech oder anderen Verpackungsmaterialien bekannt ist, einschließlich Rakelstreich-, Puddel-, Luftmesserstreich-, Druck-, Dahlgren-, Tiefdruck- und Pulverbeschichten, auf Formkörper aufgetragen werden. Die Beschichtungen können auch durch das Besprühen eines Gegenstandes mit irgendeinem der oben aufgelisteten Beschichtungsmaterialien oder durch Eintauchen des Gegenstandes in einen Bottich, enthaltend ein geeignetes Beschichtungsmaterial, aufgetragen werden. Diese Materialien können entweder als ein dünner Film aufgetragen werden oder können auf das Produkt gesprüht oder die Produkte darin eingetaucht werden. Der zur Beschichtung verwendete Apparat wird von der Form des Gegenstandes abhängen. Beispielsweise werden Tassen für gewöhnlich anders beschichtet als flache Teller. Bindungsverfahren zur Auftragung dünner Filme aus einem wasserbeständigen Material sind in der Technik bekannt. Jede dieser Beschichtungen ist bioabbaubar und sollte die Kompostierbarkeit des Produktes nicht signifikant beeinträchtigen. Das zweite Verfahren zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit des Produktes ist die Zugabe eines oder mehrerer bioabbaubarer Materialien zu dem Material, entweder vor dem Formen oder als ein Teil des Formungsverfahrens. In jedem dieser Fälle wird die Grundzusammensetzung des Produktes ziemlich konstant bleiben.
Eine wasserdichte Beschichtung ist für Gegenstände, die mit Wasser in Kontakt kommen sollen, wünschenswert. Da die Gegenstände mit einem Starke-basierenden Bindemittel eine hohe Affinität für Wasser haben, sind die bevorzugten Beschichtungen nicht wäßrig und haben eine geringe Polarität. Geeignete Beschichtungen umfassen Paraffin (synthetisches Wachs); Schellack; Xylolformaldehydharze, kondensiert mit 4,4'-Isopropylidendiphenolepichlorhydrin-Epoxidharzen; trocknende Öle; rekonstituierte Öle aus Triglyceriden oder Fettsäuren aus den trocknenden Ölen zur Bildung von Estern mit verschiedenen Glycolen (Butylengylcol, Ethylenglycol), Sorbitol und Trimethylolethan oder -propan; synthetische trocknende Öle, einschließlich Polybutadienharz; natürliche fossile Harze, einschließlich Kopal (Tropenbaumharze, fossil und modern), Dammar, Elemi, Gilsonit (ein schwarzes, glänzendes Asphaltit, löslich in Terpentin), Glycolester von Dammar, Kopal, Elemi und Sandarak (ein sprödes, leicht aromatisches, transluzentes Harz aus der Sandarakpinie in Afrika), Schellack, Utah-Kohle-Harz; Terpentinharze und Terpentinharzderivate, einschließlich Kolophonium (Balsamkolophonium, Tallölkolophonium und Wurzelharz), Kolophoniumester, gebildet durch die Umsetzung mit speziellen Glycolen oder Alkoholen, Kolophoniumester, gebildet durch die Umsetzung von Formaldehyden, und Kolophoniumsalze (Calciumresinat und Zinkresinat); Phenolharze, gebildet durch die Umsetzung von Phenolen mit Formaldehyd; Polyesterharze; Epoxidarze, Katalysatoren und Hilfsmittel; Cumaron-Inden-Harz; Erdölkohlenwasserstoffharz (Cyclopentadien); Terpenharze; Harnstofformaldehydharze und ihr Härtungskatalysator; Triazinformaldehydharze und ihr Härtungskatalysator; Modifikatoren (für Öle und Alkyde, einschließlich Polyester); vinylharzähnliche Substanzen (Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol usw.); Cellulosematerialien (Carboxymethylcellulose, Celluloseacetat, Ethylhydroxyethylcellulose usw.); Styrolpolymere; Polyethylen und seine Copolymere; Acryle und ihre Copolymere; Methylmethacrylat; Ethylmethacrylat; Wachse (Paraffin Typ I, Paraffin Typ II, Polyethylen, Spermöl, Bienenwachs und Walrat); Melamin; Polyamide; Polymilchsäure; Biopol^® (ein Polyhydroxybutyrat-Hydroxyvalerat-Copolymer); Sojabohnenprotein; andere synthetische Polymere, einschließlich bioabbaubare Polymere; und Elastomere und Gemische davon. Biopol^® wird von ICI im Vereinigten Königreich hergestellt. Geeignete anorganische Beschichtungen umfassen Natriumsilicat, Calciumcarbonat, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Kaolin, Ton, Keramik und Gemische davon. Die anorganischen Beschichtungen können auch mit einer oder mehreren der oben angegebenen organischen Beschichtungen gemischt werden.
Werden die Gegenstände als Behälter oder für andere Produkte verwendet, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen sollen, wird das Beschichtungsmaterial bevorzugt eine FDA-geprüfte Beschichtung umfassen. Ein Beispiel für eine besonders nützliche Beschichtung ist Natriumsilicat, das säurebeständig ist. Beständigkeit gegen Azidität ist beispielsweise dann wichtig, wenn der Gegenstand ein Behälter ist, der Nahrungsmitteln oder Getränken mit hohem Säuregehalt wie alkoholfreien Getränken oder Säften ausgesetzt ist. Im allgemeinen ist es nicht notwendig, den Gegenstand vor basischen Substanzen zu schützen, für eine stärkere Beständigkeit gegen basische Substanzen kann jedoch durch eine geeignete Polymer- oder Wachsbeschichtung, wie die, die zur Beschichtung von Papierbehältern verwendet werden, gesorgt werden.
Polymere Beschichtungen wie Polyethylen sind bei der Bildung im allgemeinen dünner Schichten mit geringer Dichte von Nutzen. Polyethylen niedriger Dichte ist besonders bei der Erzeugung von Behältern, die wasserdicht und zu einem gewissen Grad druckdicht sind, von Nutzen. Polymere Beschichtungen können auch als ein Haftmittel verwendet werden, wenn sie heißversiegelt werden.
Aluminiumoxid und Siliciumoxid sind nützliche Beschichtungen, insbesondere als eine Barriere gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit. Die Beschichtungen können auf den Gegenstand durch jedes in der Technik bekannte Mittel aufgetragen werden, was die Verwendung eines Eindampfverfahrens unter Verwendung hochenergetischer Elektronenstrahlen, chemischer Plasmabeschichtung und Sputtern einschließt. Ein anderes Verfahren zum Bilden einer Aluminiumoxid- oder Siliciumoxidbeschichtung umfaßt die Behandlung eines Gegenstandes mit einer wäßrigen Lösung mit einem geeigneten pH zur Herbeiführung der Bildung von Aluminiumoxid oder Siliciumoxid auf dem Gegenstand aufgrund der Zusammensetzung des Gegenstandes.
Wachse und Wachsmischungen, insbesondere Erdöl- und synthetische Wachse, liefern eine Barriere gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff und einige organische Flüssigkeiten wie Schmierfett oder Öle. Außerdem kann ein Gegenstand wie ein Behälter durch sie heißversiegelt werden. Erdölwachse sind eine besonders nützliche Gruppe von Wachsen in Nahrungsmittel- und Getränkeverpackungen und umfassen Paraffinwachse und mikrokristalline Wachse.
In einigen Fällen ist die Beschichtung bevorzugt elastomer oder verformbar. Einige Beschichtungen können auch dazu verwendet werden, Stellen, an denen die Gegenstände mehrmals gebogen sind, zu verstärken. In solchen Fällen kann eine biegsame, möglicherweise elastomere Beschichtung bevorzugt sein.
Selbstverständlich ist davon auszugehen, daß die Stärkezusammensetzungen der vorliegenden Erfindung selbst als Beschichtungsmaterialien verwendet werden können, um einen synergistischen Verbundstoff mit einer Vielzahl anderer Materialien zu bilden oder anderweitig die Eigenschaften dieser zu verbessern. Solche ungleichen Materialien, wie Papier, Pappe, Stärke-gebundene Formkörper wie Stärke-basierende Schäume, Metalle, Kunststoffe, Beton, Putz, Keramiken und dergleichen, können mit der Stärkezusammensetzung beschichtet werden.
Wünschenswerterweise werden Aufdrucke oder andere Freimachungsvermerke wie Markennamen, Produktinformationen, Behälterbeschreibungen oder Logos auf die Oberfläche des Gegenstandes aufgebracht. Dies kann unter Verwendung herkömmlicher Druckmittel oder -verfahren, die in der Technik zum Bedrucken von Papier- oder Pappprodukten bekannt sind, einschließlich Flach-, Hoch-, Tief-, Duplex- und hammerlosen Druck erreicht werden. Herkömmliche Drucker umfassen Offset-, Van-Dam-, Laser-, Direkt-Transfer-Kopier- und thermographische Drucker. Es kann im wesentlichen jedoch jedes handbetriebene oder mechanische Hilfsmittel verwendet werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird erkennbar, daß zur Erleichterung der Beschichtung des Formkörpers sowie für andere spezielle Indikationen, die Menge an Papiermasse auf 50%, oder 30-50%, bezogen auf das Gewicht des endgültigen Gemisches, erhöht, und die Menge an Holzmehl oder -fasern auf 0% gesenkt werden kann.
Wird ein Vakuum zur Bildung eines Films um den Formkörper verwendet, kann eine Erhöhung der Konzentrationen an Holzmehl/-fasern und/oder Papiermasse das Vakuumverfahren erleichtern. Beispielsweise können die Konzentrationen an Holzmehl/-fasern und/oder Papiermasse auf 30, 40 oder 50 Gewichtsprozent des endgültigen Gemisches erhöht werden.
Arten der hergestellten Gegenstände
Materialien, die trockene, feuchte und nasse Produkte halten können, haben diverse Verwendungen. Behälter, die zur Aufnahme trockener Materialien geeignet sind, können zur Aufnahme von Trockenfrüchten oder Rohnüssen wie Mandeln verwendet werden. Behälter, die zur Aufnahme von feuchten Materialien geeignet sind, können zur Aufnahme frischer Pilze oder Tomaten (zum Beispiel in Gruppen von 4 oder 6) verwendet werden und sollten diese Funktion für mindestens etwa zwei oder drei Wochen ausüben, da die normale Verpackung-zu-Verbrauch-Zeit etwa 14 Tage beträgt. Eine Verpackung für feuchte Nahrungsmittel kann auch bei einem heißen Fast-Food-Produkt wie Pommes frites oder Hamburgern verwendet werden, wobei in diesem Fall der Behälter nur für kurze Zeit halten muß, zum Beispiel etwa eine Stunde nach Eingabe des feuchten Nahrungsmittels. Eine Verpackung für feuchte Nahrungsmittel kann auch in Kombination mit einem Adsorbenskissen zur Verpackung von rohem Fleisch verwendet werden. In diesem Fall muß der Behälter dem Kontakt mit Fleisch für einen Zeitraum von sieben Tagen oder länger standhalten, und kann wünschenswerterweise mindestens einem Gefrier/Tauzyklus standhalten. Nach Möglichkeit sollte diese Verpackung Mikrowellen standhalten können. Formuliert zur Aufnahme von nassen Nahrungsmitteln, werden die Behälter der Erfindung geeigneterweise eine heiße Flüssigkeit aufnehmen können, wie eine Suppenschüssel, eine Tasse Kaffee oder ein anderes Nahrungsmittelerzeugnis, für einen Zeitraum, der ausreicht, um diese vor dem Abkühlen zu verbrauchen, zum Beispiel innerhalb einer Stunde nach dem Kauf. Solche Behälter können auch zur Aufnahme eines trockenen Produktes, das mit heißem Wasser rehydratisiert wird, wie die Tassensuppen-Produkte, verwendet werden.
Gegenstände, die durch die vorliegende Erfindung erzeugt wurden, können zu einer breiten Vielzahl fertiger Gegenstände verarbeitet werden, die derzeit aus Kunststof fen, Papier, Pappe, Polystyrol, Metallen, Keramiken und anderen Materialien sein können. Beispielsweise können die folgenden exemplarischen Gegenstände hergestellt werden: Filme, Beutel, Behälter, einschließlich Wegwerf- und Mehrweg-Nahrungsmittel- oder Getränkebehälter, Müslibüchsen, Sandwich-Behälter, „Schalen"-Behälter (umfassend, aber nicht beschränkt auf klappbare Behälter, die für Fast-Food-Sandwiches wie Hamburger verwendet werden), Trinkhalme, Säckchen, Golf-Tees, Abzeichen, Kugelschreiber, Stifte, Lineale, Visitenkarten, Spielzeug, Werkzeuge, Halloween-Masken, Bauprodukte, Behälter für Gefrorenes, Milchtüten, Fruchtsaftbehälter, Joghurtbehälter, Getränkebehälter (umfassend, aber nicht beschränkt auf korbartige Wickelbehälter und „Sixpack"-Ring-Behälter), Eistüten, Tassen, Pommes frites-Behälter, Fast-Food-Kartons zum Mitnehmen, Verpackungsmaterialien, wie Packpapier, Füllmaterial, flexible Verpackungen, wie Tüten für Snacks, Endlostüten aus dem Lebensmittelgeschäft, Tüten in Kartons, wie einer Müslischachtel, Mehrzonenbeutel, Säcke, Wickelbehälter, Trägerkarten für Produkte, die mit einer Schutzhülle ausgestattet werden (insbesondere Kunststoffschutzhüllen, die über Nahrungsmittelprodukte, wie Mittagessen, Büroartikel, Kosmetika, Haushaltswaren und Spielzeug gelegt werden), Computerchipplatten, Halteböden zum Stützen von Produkten (wie Keksen und Süßwarenriegel), Büchsen, Bänder und Umhüllungen (umfassend, aber nicht beschränkt auf Gefrierschrankumhüllungen, Reifenhüllen, Fleischerschürzen, Fleischverpackungen und Wurstpellen); eine Vielzahl von Kartons und Schachteln, wie Wellpappschachteln, Zigarrenkisten, Süßwarenschachteln und Schachteln für Kosmetik-, gewundene oder spiralgewickelte Behälter für verschiedene Produkte (wie gefrorenes Saftkonzentrat, Hafermehl, Kartoffelchips, Eiscreme, Salz, Reinigungsmittel und Motoröl), Versandrollen, Papprohre zum Aufrollen von Materialien (wie Packpapier, Tuchmaterialien, Papierhandtüchern und Toilettenpapier) und Schutzhüllen; Druckmaterialien und Bürobedarfsartikel, wie Bücher, Magazine, Broschüren, Umschläge, Klebeband, Postkarten, Ringordner, Buchumschläge, Hefter und Stifte, verschiedene Speiseutensilien und -lagerbehälter, wie Geschirr, Deckel, Trinkhalme, Besteck, Messer, Gabeln, Löffel, Flaschen, Glasgefäße, Kisten, Kästen, Tabletts, Backbleche, Schüsseln, mikrowellengeeignete Serviertabletts, „TV"-Serviertabletts, Eierpappen, Fleischverpackungsplatten, Wegwerfplatten, Verkaufsplatten, Kuchenplatten und Frühstücksplatten, Notfallbrechbehälter (d. h., „Kotztüte"), im wesentlichen runde Objekte, Spielzeug, medizinische Glasfläschchen, Ampullen, Tierkäfige, Feuerwerkhüllen, Modellraketenmotorhüllen, Modellraketen, Beschichtungen, Laminate und viele andere Objekte.
Der Behälter sollte seine Inhalte sowohl stehend als auch in Bewegung oder bei der Handhabung halten können, während seine strukturelle Integrität und die der darin oder darauf befindlichen Materialien erhalten bleibt. Das heißt nicht, daß der Behälter starken oder nur minimalen äußeren Kräften standhalten muß. Tatsächlich ist ein bestimmter Behälter in einigen Fällen wünschenswerterweise zerbrechlich oder verderblich. Der Behälter sollte jedoch die für ihn vorgesehene Funktion ausüben können. Die notwendigen Eigenschaften können immer zuvor in das Material und die Struktur des Behälters eingebaut werden.
Der Behälter sollte seine Erzeugnisse auch für einen ausreichenden Zeitraum halten und erhalten, damit seine vorgesehene Verwendung zufriedengestellt wird. Unter bestimmten Umständen ist davon auszugehen, daß der Behälter die Inhalte vor der äußeren Umgebung verschließt und unter anderen Umständen die Inhalte nur hält oder erhält.
Die Ausdrücke „der Behälter" oder „die Behälter" sollen, wie hierin verwendet, irgendein Behälter oder Gefäß, der/das z. B. zum Verpacken, Lagern, Versenden, Servieren, Portionieren oder Abgeben verschiedener Arten von Produkten oder Objekten (die sowohl Feststoffe als auch Flüssigkeiten umfassen), egal ob eine solche Verwendung für einen kurzen oder einen langen Zeitraum vorgesehen ist, umfassen.
Umhüllungsprodukte, die in Verbindung mit den Behältern verwendet werden, sind ebenso in dem Ausdruck „Behälter" enthalten. Solche Produkte umfassen beispielsweise Abdeckhauben, Strohhalme, Innenauskleidung, wie Stegeinsätze, Auskleidung, Bodenpolster, Eckversteifungen, Eckschützer, Zwischenpolster, Gelenkplatten, Tabletts, Trichter, Polstermaterialien und andere Objekte, die beim Verpacken, Lagern, Versenden, Portionieren, Servieren oder Abgeben eines Objektes in einem Behälter verwendet werden.
Die Behälter innerhalb des Umgangs der vorliegenden Erfindung können als Wegwerfartikel klassifiziert werden oder nicht. In einigen Fällen, in denen eine stärkere, dauerhaftere Konstruktion erforderlich ist, müßte der Behälter mehrmals zu verwenden sein. Auf der anderen Seite müßte der Behälter so hergestellt werden, daß es ökonomisch wäre, ihn nur einmal zu verwenden und dann auszusondern. Die vorliegenden Behälter haben eine Zusammensetzung, die es ermöglicht, daß sie in herkömmlichen Müllkippen als ein umwelttechnisch neutrales Material ohne weiteres ausgesondert oder weggeworfen werden können.
Die Gegenstände innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung können stark variierende Dicken haben, was von der bestimmten Anwendung, für die der Gegenstand vorgesehen ist, abhängt. Sie können für Verwendungen wie in einer Tasse nur etwa 1 mm dünn sein. Im Gegensatz dazu können sie für den Fall, daß Festigkeit, Haltbarkeit und/oder Griffigkeit wichtige Faktoren sind, so dick wie notwendig sein. Beispielsweise kann der Gegenstand bis zu etwa 10 cm dick oder mehr sein, wenn er als ein spezieller Verpackungsbehälter oder Kühlvorrichtung agieren soll. Die bevorzugte Dicke liegt bei den meisten Gegenständen im Bereich von etwa 1,5 mm bis etwa 1 cm, wobei etwa 2 mm bis etwa 6 mm bevorzugt sind.
Unter Verwendung eines Mikrostrukturtechnikansatzes kann die vorliegende Erfindung zahlreiche Gegenstände ergeben, einschließlich Teller, Tassen, Kartons und andere Arten von Behältern und Gegenständen mit mechanischen Eigenschaften, die den ihrer Gegenstücke aus herkömmlichen Materialien wie Papier, Polystyrolschaum, Kunststoff, Metall oder Glas im wesentlichen ähnlich oder sogar überlegen sind. Die erfinderischen Gegenstände können zudem mit nur einem Bruchteil der Kosten ihrer herkömmlichen Gegenstücke hergestellt werden. Die geringen Kosten sind ein Ergebnis des relativ kostengünstigen Aggregats, das typischerweise einen großen Prozentsatz des Gemisches ausmacht, und der erforderlichen minimalen Verarbeitungsenergie.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert grundlegende Methodologien, die mit nur wenig Modifikation genutzt werden können, und ein Ausgangsmaterial, aus dem Produktartikel durch Zuschneiden der Additive und zusätzlich eingesetzte Ver arbeitungsschritte erzeugt werden können. Die Zusammensetzung enthält bevorzugt mindestens 75%, mindestens 85% oder mindestens 95% oder mehr an natürlichen oder organischen Materialien, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung.
Beispiele
Die folgenden Beispiele werden angegeben, um Zusammensetzungen und Verfahrensbedingungen zum Bilden der thermoplastischen Stärkezusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung sowie von Gegenständen daraus spezieller zu lehren. Die Beispiele umfassen verschiedene Bestimmungen für Mischverhältnisse, sowie verschiedene Herstellungsverfahren für die thermoplastischen Stärkezusammensetzungen, umfassend Bögen, Filme, Pellets, Behälter und andere industriell gefertigte Gegenstände.
Beispiele für Gegenstände, die aus Quellstärkesuspensionen gebildet wurden
Beispielgemisch A

31,5 g eines 5%igen Kartoffelstärkegels
18 g trockene Maisstärke
6 g trockenes Holzmehl [60 Mesh Weichholz]

Testkennziffern – das dicke steife Gemisch wurde in einer flachen 4'' × 4''-Form bei geringem Druck 13,79 × 10³ Pa – 20,68 × 10³ Pa (zwischen 2 und 3 psi) auf eine Dicke von 3 mm flach geformt. Die Formtemperatur betrug 250 °C. 25 Gramm des Gemisches wurden geformt. Der Testkörper war nach dem Formen sowohl trocken als auch fest. Die Festigkeitsprüfung ergab 9 (auf einer Skala von 10, wobei 1 = bricht mit wenig Widerstand und 10 = bricht mit signifikantem Widerstand. Ein Styroportablett für Fleisch = 8 auf dieser Skala und eine Styroporburgerschale = 5). Das Gemisch war für den Test ein dickes Gemisch und es wurde bestimmt, daß das Gemisch für einen fertig geformten Testkörper in einen flachgewalzten quadratischen 2''-Bogen vorgeformt werden muß.
Beispielgemisch B

5 g eines 5%igen Kartoffelstärkegels
19,5 g eines 15%igen Maisstärkegels
5 g 80 Mesh Weichholzmehl
0,125 g Backpulver – [zugegeben, um die Anzahl offener Zellen in der Endstruktur durch die Einführung einer Kohlendioxidquelle, das durch Erwärmen und Wasser freigesetzt wird, zu erhöhen.]

Der flache Testkörper [2-3 psi und 250 °C Form] wurde getrocknet und wies eine große Anzahl von Luftzellen in dem vernetzten Testpolster auf. Die Festigkeitsprüfung ergab 2, was anzeigt, daß die aus diesem Gemisch geformten Körper für leicht zerbrechliche Verpackungen, wie Stoßpolster, verwendbar sind.
Beispielgemisch C

16,3% eines 3%igen Kartoffelstärkegels
5,9% trockene Maisstärke
14% 80 Mesh Weichholzmehl
1% trockenes Backpulver
1% Glycerol – [zugegeben, um ein Produkt zu erzeugen, daß aus der Form zu entfernen ist, und um eine glattere Oberfläche auf dem fertigen Produkt zu erzeugen.]

Der flache Testkörper [2-3 psi und 250 °C Form] hatte einen stärkeren Festigkeitsindex von 4, mehr als Gemisch C mit derselben offenzelligen Struktur. Dieses Gemisch ermöglicht ein festeres Produkt, während die offenzellige Struktur für Körper wie Zwischenstücke in Verpackungskisten, z. B. Höckereinsätze zur Trennung von Schichten aus Äpfeln in einer Verpackungskiste, beibehalten wird. Dieser Körper kann wie Gemisch C für einen guten Schlagschutz [Stauchwiderstand] sorgen.
Beispielgemisch D

25% eines 3%igen Kartoffelstärkegels
57% eines 15%igen Maisstärkegels
17% 80 Mesh Weichholzmehl
1% Backpulver

Zu diesem Gemisch wurden variierende Mengen natürlicher Materialfüllstoffe zugegeben, um zu versuchen, die Kosten pro Körper zu reduzieren. In dieser Testgruppe wurde vor dem Mischen mit der Maisstärke/Holzmehlmischung pulverisiertes Calciumcarbonat oder Bentonitton zu dem Kartoffelstärkegel gegeben. Bei geringen Konzentrationen [bis zu 5%] gab es keine Wirkung auf die Festigkeit oder die Menge eingeschlossener Lufttaschen, was darauf schließen läßt, daß geringe Konzentrationen dieser Füllstoffe geeignet sind. Bei höheren Konzentrationen mußte die Grundformulierung geändert werden, um die chemischen und physikalischen Veränderungen, die die Füllstoffe erzeugten, anzugleichen.
Beispielgemisch E

10 g einer Gelmischung aus 5% Kartoffelstärke & 20% Bentonitton
6 g trockene Maisstärke
7 g 80 Mesh Weichholzmehl
1 g Glycerol
6 g Wasser

Testkennziffern – das dicke steife Gemisch wurde in einer flachen 4'' × 4''-Form bei geringem Druck (zwischen 2 und 3 psi) auf eine Dicke von 3 mm flach geformt. Die Formtemperatur betrug 250 °C. 25 Gramm des Gemisches wurden geformt. Der Testkörper war nach dem Formen sowohl trocken als auch fest. Die Festigkeitsprüfung ergab 7 mit einer hohen Konzentration eingeschlossener Lufttaschen. Diese Art von Produkt war hart und wies einen hohen Festigkeitsgrad für die Verwendung als eine Primärverpackung auf. Der Einschluß des Tons erzeugte neben der Reduktion der Stückkosten ein Produkt mit hoher Festigkeit.
Beispiel F

16,3 g eines 5%igen Kartoffelstärkegels
5,9 g trockene Maisstärke
3,8 g 80 Mesh Weichholzmehl
1 g Glycerol

Testkennziffern – das dicke steife Gemisch wurde in einer flachen 4'' × 4''-Form bei geringem Druck (zwischen 2 und 3 psi) auf eine Dicke von 3 mm flach geformt. Die Formtemperatur betrug 250 °C. 25 Gramm des Gemisches wurden geformt. Der Testkörper war nach dem Formen sowohl trocken als auch fest. Die Festigkeitsprüfung ergab 8 mit einer sehr hohen Konzentration eingeschlossener Lufttaschen.
Beispiel G

15,1 g eines 5%igen Kartoffelstärkegels
9,1 g trockene Maisstärke
4,3 g 80 Mesh Weichholzmehl
1 g Glycerol

Testkennziffern – das dicke steife Gemisch wurde in einer flachen 4'' × 4''-Form bei geringem Druck (zwischen 2 und 3 psi) auf eine Dicke von 3 mm flach geformt. Die Formtemperatur betrug 250 °C. 25 Gramm des Gemisches wurden geformt. Der Testkörper war nach dem Formen sowohl trocken als auch fest. Die Festigkeitsprüfung ergab 9 mit einer hohen Konzentration eingeschlossener Lufttaschen. Dieses Gemisch war das festeste aus den Tests mit der Grundformel, die ein dickes Gemisch nutzte. Der nächste Test betraf die Verwendung derselben Grundformel, jedoch mit zusätzlichem Wasser, damit das Gemisch als eine dünnere Mischung injiziert werden konnte.
Beispiel H

15,1 g eines 5%igen Kartoffelstärkegels
9,1 g trockene Maisstärke
4,3 g 80 Mesh Weichholzmehl
1 g Glycerol
4 g Wasser

Testkennziffern – das dünnere Gemisch wurde in einer flachen 4'' × 4''-Form bei geringem Druck (zwischen 2 und 3 psi) auf eine Dicke von 3 mm flach geformt. Die Formtemperatur betrug 250 °C. 25 Gramm des Gemisches wurden geformt. Der Testkörper war nach dem Formen sowohl trocken als auch fest. Die Festigkeitsprü fung ergab 9 mit einer hohen Konzentration eingeschlossener Lufttaschen. Durch die Zugabe von weiterem Wasser konnte das Produkt die Form schneller ausfüllen, wobei ein Produkt mit einer ähnlichen Festigkeit wie Styropor (2 mm Dicke Standardproduktion) erzeugt wurde. Drei Millimeter dicke Tabletts wurden durch mehrmaliges Formen zwischen 3 und 5 Minuten bei Temperaturen zwischen 300 und 375 °F (148 und 190 °C) unter Verwendung der folgenden Formulierungen hergestellt. Es wurden zufriedenstellende Produkte erhalten.
Beispiel I

10,8 g Holzmehl [Sorte 6020]
23,2 g Maisstärke
41,8 g 5%ige vorgelierte Kartoffelstärke in Wasser
12 g einer 20%igen Bentonittonaufschlämmung in Wasser

Beispiel J

10,8 g Holzmehl [Sorte 6020]
23,2 g Maisstärke
41,8 g 7,5%ige vorgelierte Kartoffelstärke in Wasser

2 mm dicke Tabletts wurden mehrmals zwischen 45 Sekunden und 2 Minuten bei Temperaturen zwischen 350 und 450 °F (176 und 232 °C) unter Verwendung der folgenden Formulierungen geformt. Es wurden zufriedenstellende Produkte erhalten.
Beispiel K

10,8 g Holzmehl [Sorte 4025]
23,2 g Maisstärke
3,3 g Kartoffelstärke
41,8 g 10%ige vorgelierte Kartoffelstärke in Wasser

Beispiel L

10,8 g Holzmehl [Sorte 4025]
23,2 g Maisstärke
3,1 g Kartoffelstärke
3,3 g Bentonitton
41,8 g 10%ige vorgelierte Kartoffelstärke in Wasser

Diese Tabletts (in den obigen Beispielen) sind auch mit einem dünnen Film aus einem lebensmitteltauglichen Polymer und/oder einem lebensmitteltauglichen Paraffinwachs beschichtet worden. Ein spezieller Aspekt dieses Produktes ist die Beobachtung, daß die Zugabe von Komponenten sehr wichtig ist. Wenn die trockenen Inhaltsstoffe wie Maisstärke und Holzmehl zu dem Kartoffelstärkegel zugegeben werden, ohne sie zu einem homogenen Gemisch vorzumischen, wird das Produkt deutlich weniger fest und wird sich in der Form nicht gleichmäßig verteilen, wodurch offene Hohlräume und nicht ausgefüllte Ecken entstehen. Die Beobachtung der speziellen Zugabe war in einem Dutzend oder mehr Versuchsgemischen, die eine unterschiedliche Reihenfolge des Mischens der Komponenten nutzten, ersichtlich. Der Tatsache, daß die Oberfläche des geformten Produktes rauh sein kann, steht die glatte Oberfläche der aufeinanderfolgend gemischten Produkte gegenüber. Seit kurzem wird das Produkt in einer dreidimensionalen Form unter Verwendung klassischer Preßformtechniken, d. h., einer erwärmten Form mit einem konstanten Druck, der während des Verfahrens angelegt wird, getestet. Auch in diesem Test war die Voraussetzung einer speziellen Reihenfolge des Mischens zu beobachten, und wenn diese Reihenfolge nicht beachtet wurde, litt das fertige Produkt unter signifikanten Problemen, wie einer nicht abgeschlossenen Produktverteilung während des Formungsverfahrens, Verringerung der Glattheit des geformten Produktes und Verringerung der Festigkeit, gemessen durch klassische Penetrometerverfahren.
Beispiel M:

1. Formen einer vorgelierten Papier-Kartoffelstärkesuspension: 57,5 g Kartoffelstärke: 8,5% 43,2 g recycelte Papiermasse: 6,3% 575 g Wasser: 85% Zugabe der Komponenten, Erwärmen auf 60-70 °C (ideal 65 °C) unter Rühren mit hoher Geschwindigkeit mit einem Drahtschneebesen zur Bildung eines Gels. Nach dem Gelieren war es ein stabiles Gel, das gekühlt, tiefgekühlt usw. aber nicht eingefroren werden kann.
2. Vormischen der folgenden Materialien: 92,3 g Holzmehl (Längenverhältnis 1:4) 132,7 g Kartoffelstärke 159 g Maisstärke zur Bildung eines homogenen Gemisches
3. Zugabe des homogenen Gemisches aus Holz und Stärken zu der vorgelierten Papier-Kartoffelstärke, Mischen mit einem Knethakenmixer bei geringer Geschwindigkeit. Dieses Gemisch war stabil und konnte gekühlt, tiefgekühlt usw. aber nicht gefroren werden.
4. Plazieren des Gemisches in einer Form (50-55 g) und backen bei 195-225 °C (ideal 215 °C) für 60-90 Sekunden (ideal 75).
5. Beschichtung: Insbesondere wie PROTECoaT 6616B von New Coat, Inc., kommerziell, bioabbaubar, Acryl-basierend, FDA-geprüft für Lebensmittel.

Beispiele für Gegenstände, geformt aus vorgelierten Papierstärkesuspensionen
Beispiel N

1. Formen einer vorgelierten Papier-Kartoffelstärkesuspension: 57,5 g trockene Kartoffelstärke: 8,5% 42,31 g recycelte Papiermasse: 6,2% 580 g Wasser: 85,3% Einbringen der Komponenten in einen Mixer, Erwärmen auf 60-70 °C (Idealtemp. 65 °C) unter Mischen mit wenigen U/min mit einem Drahtschneebesen zur Bildung eines Gels. Ist die Papiermasse dispergiert und fängt die Temperatur an zu steigen (über 30 °C), wird die Umdrehungszahl des Mixers bis auf die maximale Umdrehungszahl erhöht. Das Erwärmen wird bis zu einer Temperatur von 65 °C fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Gemisch eine homogene Gelsuspension. Die Wärme wird abgeschaltet und die Hämmerköpfe gegen einen klassischen Knethaken ausgetauscht, und die Geschwindigkeit wird auf 10% des Maximums verringert (KitchenAid^®). Alternativ wird für kleinere Chargen, siehe beispielsweise Schritt #2 unten, das Mischen per Hand durchgeführt. Nach dem Gelieren ist es ein stabiles Gel, das gekühlt, tiefgekühlt usw. aber nicht gefroren werden kann.
2. Vormischen der folgenden Materialien: 4,8 g Holzmehl (Längenverhältnis 1:4 oder weniger) 6,9 g Kartoffelstärke 8,3 g Maisstärke zur Bildung eines homogenen Gemisches
3. Zugabe des homogenen Gemisches aus Holz und Stärken zu 29,9 g der vorgelierten Papier-Kartoffelstärke, Mischen mit einem Knethakenmixer bei geringer Geschwindigkeit. Dieses Gemisch ist stabil und kann gekühlt oder tiefgekühlt, aber nicht gefroren werden.
4. Plazieren des Gemisches in einer Form (50-55 g) und backen bei 195-225 °C (ideal 215 °C) für 60-90 Sekunden (ideal 75 °C).
5. Beschichtung: Insbesondere wie PROTECoaT 6616B von New Coat, Inc., kommerziell, bioabbaubar, Acryl-basierend, FDA-geprüft für Lebensmittel.

Die folgenden Beispiele und Formeln funktionieren sowohl mit dem Preßformverfahren als auch den Spritzgießverfahren zur Herstellung fester Produkte, gemessen durch Penetrometer. Überdies ergeben diese Beispiele und Formeln Produkte mit Dicken zwischen 1,5 und 3,0 mm, zum Beispiel Dicken von 1,5 mm, 1,75 mm, 2,0 mm oder 3,0 mm.

Liste der Inhaltsstoffe	Gewicht in Gramm, gemischt durch Formel ID #
	O	P	Q	R

4025 Holzmehl	4,8	4,8	4,5	5,0
Kartoffelstärke	6,9	5,9	6,5	7,2
Maisstärke	8,3	9,3	7,8	8,6
Papiermasse	2,2	2,2	2,1	2,3
10%iges Kartoffelstärkegel	29,9	29,9	31	28,9

Gesamtgewicht, geformt	52,1	52,1	51,9	52,0

Jede der in der obigen Tabelle aufgelisteten Modifikationen basiert auf dem, was für eine spezielle Flexibilität und/oder für ein spezielles Formungsverfahren am besten funktioniert. Ändert man zum Beispiel die Konzentration an Kartoffelstärke, wird sich die Flexibilität verändern.

Liste der Inhaltsstoffe	Gewicht in Gramm, gemischt durch Formel ID #
	S		T

4025 Holzmehl	6,7		4,8
Kartoffelstärke	9,6		6,9
Maisstärke	11,6		8,3
Papiermasse	3,1		2,2
10%iges Kartoffelstärkegel	41,8		29,9

Gesamtgewicht, geformt	72,8		52,0
Dicke der Form	3 mm (tiefere Seiten als #T)		2 mm

Liste der Inhaltsstoffe	Gewicht in Gramm, gemischt durch Formel ID #
	U-1	U-2	U-3

4025 Holzmehl	3,3	5,6	3,5
Kartoffelstärke	6,2	10,5	6,6
Maisstärke	6,1	10,3	6,5
Papiermasse	1,8	3,0	1,9
10%iges Kartoffelstärkegel	27,6	46,6	29,4

Gesamtgewicht, geformt	45	76,0	48
Dicke der Form	2 mm	3 mm	2 mm

Liste der Inhaltsstoffe	Gewicht in Gramm, gemischt durch Formel ID #
	V-1	V-2		V-3

4025 Holzmehl	4,8	8,2		5,4
Kartoffelstärke	6,9	11,8		7,8
Maisstärke
Papiermasse	1,8	3,1		2,0
10%iges Kartoffelstärkegel	29,9	51,0		33,8

Gesamtgewicht, geformt	43,4	74,0		49
Dicke der Form	2 mm	3 mm		2 mm

Liste der Inhaltsstoffe	Gewicht in Gramm, gemischt durch Formel ID #
	W-1		W-2

4025 Holzmehl	3,8		6,3
Kartoffelstärke	6,9		11,5
Maisstärke	2		3,3
Papiermasse	1,8		3,0
10%iges Kartoffelstärkegel	29,8		49,8

Gesamtgewicht, geformt	44,4		74,0
Dicke der Form	2 mm		3 mm

Claims

Verfahren zum Bilden eines bioabbaubaren Materials, umfassend: (a) das Bilden einer vorgelierten Stärkesuspension, "das Vorgel", hergestellt aus etwa 2-15% Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und etwa 75-95% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, derart, daß die vorgelierte Suspension bei Temperaturen zwischen 0-60°C gehalten wird, (b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder Holzmehl mit einem Längenverhältnis bzw. Streckungsverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8, einer vorgelierten Stärkesuspension, hergestellt aus etwa 15% Maisstärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und etwa 85% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und einer nativen Stärke, um ein homogenes Gemisch zu bilden, (c) das Zugeben des homogenen Gemisches zu der vorgelierten Stärkesuspension, um eine homogene, formbare Endzusammensetzung zu bilden, und (d) das Formen der homogenen, formbaren Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Material zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die native Stärke Maisstärke ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei etwa 50-70 Gew.-% des homogenen Gemisches von Maisstärke zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei etwa 57-65 Gew.-% des homogenen Gemisches von Maisstärke zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die native Stärke Kartoffelstärke ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei etwa 5-60 Gew.-% des homogenen Gemisches von Kartoffelstärke zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei etwa 15-30 Gew.-% des homogenen Gemisches von Kartoffelstärke zugegeben werden.
Verfahren zum Bilden eines bioabbaubaren Materials, umfassend: (a) das Bilden einer vorgelierten Papierstärkesuspension, welche bei Temperaturen zwischen 0-60°C gehalten wird, (b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder -mehl (mit einem Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8), und einer nativen Stärke bzw. nativen Stärken, um ein homogenes Gemisch zu bilden, (c) das Zugeben des homogenen Gemisches zu der vorgelierten Stärkesuspension, um eine homogene, formbare Zusammensetzung zu bilden, und (d) das Formen der homogenen, formbaren Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Material zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgelierte Stärkesuspension etwa 2-15% Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, etwa 5-10% Papiermasse, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und etwa 75-95% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, umfaßt, und wobei die native Stärke Kartoffelstärke oder Maisstärke umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei etwa zumindest 2,5 oder zumindest 5 Gew.-% des homogenen Gemisches von Kartoffelstärke zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei etwa 5,9-8% Papiermasse zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Holzfasern ein Längenverhältnis zwischen 1:2 und 1:4 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend das Zugeben eines Materials, ausgewählt aus der folgenden Liste, zu den Holzfasern, um ein homogenes Gemisch zu bilden: (i) Wachse, Fettalkohole, Phospholipide oder Glycerol, (ii) etwa 0,5-20% Wasser, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, (iii) Backpulver, (iv) Roherde-Füllstoffe, Ton, Bentonit, Kaolin, amorphe Rohprodukte, Gips oder Calciumsulfat, Mineralien, Kalkstein oder künstliche inerte Füllstoffe, und/oder (v) Materialien auf Cellulosebasis.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Material auf Cellulosebasis Methylcellulose ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Material auf Cellulosebasis Ethylcellulose ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 8, weiter umfassend das Zugeben zumindest eines der folgenden Zusatzmaterialien zu den Holzfasern: (i) trockene oder feuchte Stärke, (ii) vorgelierte Stärke, (iii) Wachs, Fettalkohol, Phospholipid und/oder Glycerol, (v) Backpulver, (vi) eine homogene, formbare Zusammensetzung aus Roherde-Füllstoffen, Tonen, Bentonit, amorphen Rohprodukten, Gips oder Calciumsulfat, Mineralien und künstliche Materialien, um ein homogenes Gemisch zu bilden, und/oder (vii) Wasser.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Mineral Kalkstein ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das künstliche Material Flugasche ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die vorgelierte Stärke etwa 30% Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die vorgelierte Stärke etwa 60% Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Maisstärke etwa 30 Gew.-% der homogenen, formbaren Zusammensetzung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Stärke etwa 60% Maisstärke, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 2,5-15% Stärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, und aus etwa 85-97,5% Wasser, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 2,5-5,5% Stärke und aus etwa 94,5-97,5% Wasser, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 2,5-10% Kartoffelstärke und 90-97,5% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 15% Maisstärke, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgelierte Papierstärkelösung aus etwa 5-10% Papiermasse, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, etwa 5-15% natürlicher Stärke und etwa 75-90% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Stärke Maisstärke oder Kartoffelstärke ist.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Maisstärke etwa 4-18 Gew.-% der homogenen, formbaren Zusammensetzung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Stärke ein Gemisch aus Kartoffelstärke und Maisstärke ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Holzfasern oder das Holzmehl etwa 11-24% der homogenen, formbaren Zusammensetzung, welche die vorgelierte Stärkelösung enthält, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Holzfasern oder das Holzmehl etwa 7-11 Gew.-% der homogenen, formbaren Zusammensetzung, welche die vorgelierte Papierstärkelösung enthält, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Holzfasern oder das Holzmehl ein Längenverhältnis, Breite zu Länge, von zwischen etwa 1:2 und 1:8 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgelierte Papierstärkesuspension aus etwa 5-10% Papiermasse, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, etwa 5-15% Stärke und etwa 75-90% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Vorgels, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Wärme verwendet wird, um das Material herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend das Zugeben einer zweiten vorgelierten Stärkesuspension und einer Gasquelle zu den Holzfasern oder dem Holzmehl.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei etwa 10% Holzfasern zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei etwa 7% Holzfasern zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend das Zugeben von Kartoffelstärke zu den Holzfasern.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend das Zugeben von Maisstärke zu den Holzfasern.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend das Zugeben von Kartoffelstärke und Maisstärke zu den Holzfasern.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiter das Verwenden von Druck in Verbindung oder abwechselnd mit Wärme umfaßt, um das bioabbaubare Material zu formen.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei der Druck zwischen etwa 13,79 × 10³ Pa – 20,68 × 10³ Pa (2-3 psi) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Wärme, die verwendet wird, um die bioabbaubaren Materialien zu formen, zwischen etwa 150-250°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension bei Temperaturen zwischen 0-40°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei Fasern zugegeben werden, um die strukturelle Integrität des Endproduktes zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei die Fasern Holz sind.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 5-10% Kartoffelstärke hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 7,5% Kartoffelstärke hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 10% Kartoffelstärke hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 5-10% Papier hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 7-10% Papier hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 8% Papier hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 10% Papier hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 75% Wasser hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 75-92,5% Wasser hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 34, wobei die vorgelierte Stärkesuspension aus etwa 92,5% Wasser hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das homogene Gemisch Maisstärke umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das homogene Gemisch Kartoffelstärke und Maisstärke umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 58, wobei die native Stärke etwa 30% Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 59, wobei die native Stärke etwa 30% Kartoffelstärke, bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 60, wobei die Kartoffelstärke etwa 60 Gew.-% der homogenen, formbaren Zusammensetzung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 58, wobei die Maisstärke etwa 30 Gew.-% der homogenen, formbaren Zusammensetzung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 59, wobei die Maisstärke etwa 30 Gew.-% der homogenen, formbaren Zusammensetzung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 62, wobei die Maisstärke etwa 60 Gew.-% der homogenen, formbaren Zusammensetzung umfaßt.
Verfahren zum Erzeugen eines wasserdichten Materials, umfassend: (a) das Bilden einer ersten vorgelierten Stärkesuspension, welche bei Temperaturen zwischen 0-60°C gehalten wird, (b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder Holzmehl mit einem Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8 und einem weiteren Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wachsen, Fettalkoholen, Phospholipiden und Glycerol, (c) das Zugeben des homogenen Gemisches, welches Holzfasern und ein weiteres Material enthält, zu der ersten vorgelierten Stärkesuspension, (d) das Formen der homogenen Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Produkt zu bilden, und (e) das Beschichten des Materials mit einer flüssigkeitsbeständigen Beschichtung.
Verfahren nach Anspruch 66, wobei die Beschichtung aus der Gruppe, bestehend aus Polymilchsäure, Polyhydroxyalkanoat, bakterieller Cellulose, Polymer auf Chitosanbasis, Methylcellulose, Ethylcellulose, Polyvinylacetat oder Wachsen und Beschichtungen auf Ölbasis, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 66, wobei ein Vakuum verwendet wird, um einen Film bzw. eine Folie um den geformten Gegenstand zu bilden.
Verfahren zum Bilden eines offenzelligen Schaummaterials durch (a) das Bilden einer vorgelierten Stärkesuspension, hergestellt aus etwa 3-5% Kartoffelstärke (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) und etwa 95-97% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Vorgels) derart, daß die vorgelierte Suspension bei niedrigen Temperaturen gehalten wird, (b) das Miteinandermischen von Holzfasern oder -mehl (mit einem Längenverhältnis zwischen etwa 1:2 und 1:8), einer zweiten vorgelierten Stärkesuspension (das zweite Vorgel), hergestellt aus etwa 15% Maisstärke (bezogen auf das Gewicht des zweiten Vorgels) und etwa 85% Wasser (bezogen auf das Gewicht des zweiten Vorgels), und von 0,4- 12% Backpulver (bezogen auf das Gewicht der homogenen, formbaren Zusammensetzung), um ein homogenes Gemisch zu bilden, (c) das Zugeben eines homogenen Gemisches, welches die Holzfasern und vorgelierte Maisstärke enthält, zu der vorgelierten Kartoffelstärkesuspension, um eine homogene, formbare Zusammensetzung zu bilden, und (d) das Formen der homogenen, formbaren Zusammensetzung mit Wärme, um ein bioabbaubares Material zu bilden.
Bioabbaubares, kompostierbares Material, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 34.
Bioabbaubares, kompostierbares Material, hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 8, 9 oder 16.
Material nach Anspruch 71 in der Form einer Tasse.
Material nach Anspruch 71 in der Form eines Tabletts.
Material nach Anspruch 71 in der Form einer Schüssel.
Material nach Anspruch 71 in der Form einer Platte.
Material nach Anspruch 71 in der Form eines Gebrauchsgegenstandes.
Material nach Anspruch 71 in der Form einer Kaffeetasse.
Material nach Anspruch 71 in der Form eines Mikrowellen-Serviertabletts.
Material nach Anspruch 71 in der Form eines "TV"-Serviertabletts.
Material nach Anspruch 71, beschichtet mit einer geeigneten flüssigkeitsbe ständigen Beschichtung.
Material nach Anspruch 80, wobei die Beschichtung aus der Gruppe, bestehend aus Polymilchsäure, Polyhydroxyalkanoat, bakterieller Cellulose, Polymer auf Chitosanbasis, Methylcellulose, Ethylcellulose, Polyvinylacetat, Wachsen und Beschichtungen auf Ölbasis, ausgewählt ist.
Material nach Anspruch 80, wobei die Beschichtung entweder als dünner Film angewendet, gesprüht oder eingetaucht wird.