DE4409465A1

DE4409465A1 - Biologisch abbaubare Vliese und Vliesverbundmaterialien

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Publication number: DE4409465A1
Application number: DE4409465A
Authority: DE
Original assignee: KINKEL WERNER HELMUT
Current assignee: KINKEL WERNER HELMUT
Priority date: 1994-03-19
Filing date: 1994-03-19
Publication date: 1995-09-21
Also published as: EP0672772A2; EP0672772A3

Description

Aus den Offenlegungsschriften DE 40 14 176 A1 und DE 42 42 538 A1 sind biologisch abbaubare Formmassen bzw. Fasermatten bekannt, welche vorwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und vielfach unter Druck und Hitze durch Aktivierung der Lignine oder Pektine im Werkzeug miteinander verkleben und bei dem Aussetzen in einem biologischen Umfeld verrottbar sind. Für diese Produkttechnik ist jedoch Zeit ein wichtiger Faktor, zumal das Problem bei nachwachsenden Rohstoffen im technischen Einsatz, vorwiegend die nicht gegebenen thermoplastischen Eigenschaften dieser Werkstoffe sind.

Aufgabe der Erfindung war es nun für den Vliesbereich, vorwiegend wo Sortenreinheit und daher Recycling kaum möglich ist, eine weitgehend gestaltbare verrottungsfähige thermoplastische Polymerfaser zu finden, welche, verarbeitet zum Vlies, Formteil, aber auch z. B. als Vlies-Folienverbund, durch die Verbindungen von Kunststoff- und Natureigenschaften rasche technische Behandlungsschritte bei z. B. Vakuum oder Preßverfor mungen, aber auch HF, Ultraschall, Thermoverschwei jungen und dergleichen zuläßt, bei Verwendungen z. B. im Geobereich, aber auch in Verbindung und zusätzlicher Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen, wie Jute, Flachs, Sisal, Wolle etc., oder Mischungen daraus, sowie auch in Verbindung mit weiteren abbaubaren organischen Zuschlag stoffen, z. B. geschäumter Stärke. Diese vielfach luftdurchlässig benötigten Vliese oder Verbundmaterialien sollten trotz dieser Vorgaben unter Einwirkung eines natürlichen Umfeldes ganz oder teilweise, auch als Verbund verrottbar, wasserlöslich, oder in einer bevorzugten Version auch kompostierbar sein, und im letzteren Fall die Mikroorganismen nicht durch toxische Bestandteile oder Abbauprodukte gefährden.

In den Anwendungsmöglichkeiten dieser Faservliese oder Verbünde geht es darum, diese so zugestalten, daß sie nahezu für den ganzen Bereich der Geotextilien, wie z. B. bei der Böschungsverfestigung, im Tunnel- oder Wasser straßenbau, für die Filtration, im Wärme- und Schall dämmbereich, wie auch im Gärtnereibedarf, z. B. für Kompostanlagen und Pflanztöpfe, für Verpackungen, z. B. Äpfel, und in der Landwirtschaft als z. B. unterpflügbare Abdeckungsmatten, oder geschnitzelt z. B. als Boden auflockerung und Verbesserung, wie beim Einsatz im Hygiene- und Medizinbereich, z. B. als Windeln und Pflaster, geeignet sind.

Nachdem solche, durch auch unterschiedliche Füllmengen aus Stärke, auf kontrollierte Abbaubarkeit konstruierbare Polymerfasern vom textilen Markt nicht angeboten werden, müssen Folienhersteller mit Folien, die z. B. aus Stärke extrudierbar sind, oder die leichter füllbar sind, oder mehrschichtig sind, z. B. mit PE/ PP oder PET/PE-Schichten (und damit den Eigenschaften von Bikomponentenfasern nahekommen), und danach fibrilliert werden können, vorerst entsprechende Folienfasern zur Verfügung stellen, da diese, z. B. auch mit mehr als 15% Stärkeanteilen, wie auch bei Verbundmaterialien mit entsprechend modifizierten Folien, das Kompostieren lösen können, da die vergleichsweise preiswerte Kompostierung, Deponien und Verbrennungsanlagen entlasten würde.

Diese unterschiedlichen Aufgaben werden dann auch, vorwiegend durch unterschiedliche Stärkeanteile in den eingesetzten synthetischen Polymerfolienfasern und/oder Copolymerfasern oder mit natürlichen oder modifiziert natürlichen Polymerfolienfasern und/oder biomodifizierten Polymerspinnfasern, Type A, erreicht, durch unter schiedliche Anordnung und Kombinationen von Fasern innerhalb der Faservliese, oder z. B. durch schichtigen Aufbau, oder auch mit anderen verrottbaren Materialien kombiniert, aber auch durch unterschiedlichste Mischungs verhältnisse bei den angesetzten Fasern, die z. B. eine auf die Anwendung zugeschnittene gestaltbare Anfangs festigkeit oder z. B. rasche Verformbarkeit zum Formteil ermöglichen.

Als kompostier- und abbaubar sind als Ergänzung zu den aus oder mit Stärke verwendeten Fasermaterialien gemäß Anspruch 1, Type A, Produkte aus nachfolgenden Bereichen als Matrixprodukte B besonders geeignet, sofern sie aus nachwachsenden Rohstoffen stammen oder bei synthetischen Polymeren aus Cellulose, Polyhydroxyfettsäuren (PHB/ PHBV), Gelatine (Polypeptide), Polycaprolacton, Poly lactiden und dergleichen, sowie, wenn speziell wasserlösliche Produkte gefragt sind aus z. B. Aligaten, Polyvenylalkohol oder ungesättigten Carbonsäuren herge stellt sind. Für den ebenfalls möglichen Photoabbau von Fasern oder Faserfolienkombinationen sind besonders als Matrixprodukte B, z. B. bei Abdeckungen im landwirt schaftlichen Bereich, Materialien auf Basis Ethylen/ Kohlenmonoxid sowie Ethylen und Styrol mit Vinylketonen oder Olefine mit speziell auf UV-Belichtung reagierenden Additiven besonders geeignet. Als Zuschlagstoffe sind z. B. Schäume, Schnitzel oder jegliche anderen denkbaren Formate aus den genannten Werkstoffen vorstellbar.

Neben Produkten auf Basis Stärke, wie auch natürlicher oder natürlich modifizierter Polymere aus Polyester, welche vorwiegend aus Stärke, durch fermentieren, oder über Bakterienstämme modifizierten Pflanzen, wie z. B. Kartoffeln oder Raps, gewonnen werden können, und häufig bereits wasserlöslich sind, sind es in der bevorzugten Ausführung zum Erreichen maximaler Vorteile durch die angestrebten Lösungen thermoplastische verrottbare Fasern, welche aus einer Olefinfolie vorwiegend durch Fibrillieren hergestellt werden, da diesen preiswerten Polyolefinfolien hohe Zusätze von ebenfalls preiswerter biologischer Stärke von auch mehr als 50% aus Mais, Kartoffeln und dergleichen hinzugefügt werden können, was quantitativ bei gesponnenen synthetischen Polymerfasern nur in wesentlich geringeren Mengen möglich ist, und was bei solchen mit Stärkeanteilen gesponnenen Fasern dann auch dadurch zu wesentlich längeren Verrottungszeiten führt.

Für den Verpackungsbereich werden seit einiger Zeit Verpackungsfolien angeboten aus Stärke oder solchen mit Stärke biomodifizierten Polyolefinen. Für die erfinderische Aufgaben und die Anwendungen über den Non-woven-Markt ist es daher nötig, diese Folien zu fibrillieren, teilweise auch abzulängen, um sie einsetzbar zu machen, um daraus die benötigten verarbeitbaren Fasern herzustellen. Bei diesen biomodifizierten thermoplastischen Folienfasern sollte es sich vorwiegend um solche handeln, welche mit ausgewählten Mengenanteilen, Stärke und bei Bedarf weiteren Zuschlagstoffen von z. B. pflanzlichen Weich machern, wie ungesättigten biologischen Ölen oder auch Additiven zur Bildung von Peroxyden, vorwiegend als Prooxidanten, die bei Vergrößerung der Oberflächen durch verbesserte Wärme und Sauerstoffzufuhr zu einer Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften der Polymere führen, wobei der oxidative Kettenabbau dann bis zu einem Grad erfolgt, welcher dann durch Abbau der Molmasse (< 1000 für z. B. Kompostierung), beim Zustandekommen eines bakteriellen Umfeldes, somit erst auf der Deponie, in der Erde, im reglementierten Kompostierbereich, durch die Art und Anteile der verwendeten Stärke- und Zu schlagstoffe, weitgehendst auf Abbauzeit konstruiert werden können, dabei wie geplant zerfallen, oder aber wasserlöslich sind.

Auf diese Art und Weise kann dieses Material, z. B. bei Einsatz mindestens einer weiteren biologischen Matrix faser, wie Jute, Kokos, Flachs und dergleichen, oder einem ausschließlichen Einsatz dieser Stärke ent haltenen synthetische Polymer-, Spinn- oder Folienfasern, oder natürlichen oder natürlich modifizierten, weitgehend auf Stärke basierenden Polymerfasern zur Matte, oder in Kombination mit weiteren abbaubaren polymeren Fasern, z. B. Copolyestern (CPEE) und Copolyamiden, wie sie z. B. von der Universität Lodz, Polen; zum Techtex-Symposium 1992, Frankfurt, Vortrag 402, veröffentlicht worden sind, ohne Schädigung von Erde und Wasser, somit von Grundwasserproblemen im Bodenbereich, in der Deponie, wie im Kompost, durch Umwandlung zur Biomasse eingesetzt werden.

Im Geobereich kann es z. B. bei Tunnel- oder Bahn- Böschungsverfestigungen sinnvoll sein, nicht nur Flamm schutzmittel aufzusprühen, sondern diese Materialien auch in einer Mischung mit z. B. anorganischen Materialien, wie Glasgeweben und dergleichen, oder organischen Polymer faserstrukturen zu verbinden, um zum einen über die biologisch abbaubaren Fasern eine Drän-, Trenn-, oder z. B. auch Pflanzschicht zu bilden, über die Stärke enthaltenden thermisch fixierbare Polymerfasern eine mittelfristige Festigkeitskomponente zu haben, aber andererseits auch z. B. gegen Feuer oder Erddruck eine zusätzliche Stabilitäts- und Bewehrungsschicht zu bekommen.

Im Hygienebereich gilt es, insbesondere bei den Windeln, Lösungen zu finden, um den enormen Platz- oder Verbren nungsbedarf zu lösen. Hier sind besonders Lösungen in Kombination von Faserschichten aus, sofern bio modifiziert, zumindest kurzfristig hydrophoben thermo plastischen Fasern, und solchen mit hoher Speicher fähigkeit aus z. B. Viskose, oder auch biomodifizierte Thermoplaste durch zusätzliche sogenannte Superabsorber, z. B. Polyacrylatkernen mit und ohne Faseranteilen, und in Verbindung mit einer weiteren Schicht einer biologisch abbaubaren Folie denkbar.

Weiter war die Verwendung dieser Materialien auch für verformte Teile anzustreben, wie z. B. Pflanztöpfe oder Lebensmittelverpackung oder Filtern wo z. B. auch die Trenneigenschaften verschiedener Flüssigkeiten mit Super absorberanteilen ausgenutzt werden können, und wo auch für eine rasche Verformung, z. B. im Preßverfahren, durch die thermoplastischen Bindefasern schnellere Arbeits zyklen ermöglicht werden.

Beispiel 1

Dabei werden diese Fasermatten für Formteile für den Verpackungsbereich (Äpfel) aus einer Mischung 30% Faser A mit mindestens 20% Stärkeanteilen, um es auch z. B. mit dem Lebensmittelinhalt kompostierbar zu halten, und 70% Jutefaser 400-500 g m² vernadelt, dann vorwiegend in einem oder mehreren Arbeitsschritten zwischen heile Platten gelegt, oder z. B. Strahlungswärme ausgesetzt, dabei thermisch vorgewärmt, und danach in ein gekühltes Werkzeug abgelegt und verformt. Sie können nach kurzer Preßdauer, ausreichend verfestigt, herausgenommen, gestanzt, und einer weiteren Verwendung zugeführt werden.

Beispiel 2

Für Böschungsverfestigungen sind zu 20% eine Folienfaser Type A mit mehr als 50% Stärkeanteilen, zu 60% eine Flachsfaser und zu 20% Superabsorberanteile denkbar, vernadelt und thermofixiert, wobei die Superabsorber anteile die Aufgabe haben, Nährflüssigkeit für einen Pflanzensamen zu binden und durch die permanente Feuchtigkeitsaufnahme und Abgabefähigkeit für eine rasche Durchwurzelung z. B. von gesäten Gräsern zu sorgen.

Beispiel 3

Im Bereich von unterpflügbaren Abdeckmatten geht es hier vorwiegend auch darum, luft- und feuchtigkeitsdurch lässige sowie wärmedämmende Non-woven-Produkte anstatt Folien einzusetzen mit einer Mischung aus 20%, einer mit mindestens 20% Stärke gefüllten LDPE-Folienfaser Type A und 80% einer Folienfaser B, hergestellt aus Ethylen/ Kohlenmonoxiden, thermisch gebunden, wobei insbesondere der Hauptanteil der Matrixfasern durch die Einwirkung von Licht-, besonders UV, photoabbaubar ist, und nach der Nutzungszeit somit leicht untergepflückt werden kann.

Beispiel 4

Für den Bereich Windelhosen sind als obere Trockenhaltfaser- und Schweißschicht, beispielsweise mit Stärke modifizierte gesponnene Polyethylenfasern oder auch gesponnene Polyesterfasern (CPEE), die zumindest anfänglich hydrophob sind, denkbar, oder Mischungen aus PP- und PE-Fasern, vorwiegend thermisch gebunden. Als Absorberschicht für das Aufsaugen von Flüssigkeit kann z. B. Viskose mit oder ohne Superabsorberanteilen eingesetzt werden, aber auch z. B. modifizierte PP- oder PE-Fasern mit Superabsorbern, thermisch oder mit abbaubaren Acrylatdispersionen gebunden, und als letzte Abdichtung und für das Verschweigen eine biomodifizierte Polyethylenfolie aus LDPE.

Claims

1. Faservlies enthaltend mindestens eine aus oder durch enthaltene und/oder fermentierter Stärke abbaubare Polymer/Copolymerfasertype A, auch in Kombination mit mehreren, auch verschiedenen Sorten biologisch abbau barer Polymerfasern und/oder Naturfasern oder Zuschlagstoffen B, vorwiegend für den Einsatz im Geotextilien-, Verpackungs-, Medizin-, Filtration- und Hygienebereich, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Fasern der Type A um natürliche oder mit synthetischen Polymeren modifizierte natürliche Polymere handelt und/oder synthetische Polymerfasern, welche durch biologische Stärke modifiziert wurden, insbesondere solche aus Polyolefinen und/oder Polyester/Copolyestern, welche als Vlies mechanisch, durch z. B. vernadeln, oder thermisch, oder durch Binder, oder einer Mischung aller dieser Möglichkeiten verfestigt werden, wobei die biologische Abbaubarkeit in der Fasertype A aus synthetischen Polymeren durch Zusätze von biologischer Stärke, aus Rüben, Zuckerrohr, Mais, Weizen und dergleichen beruht, und die aus natürlichen Polymeren, insbesondere bei Polyester, vorwiegend z. B. aus Stärke, fermentierten Stärke produkten, oder über Bakterienstämme modifizierter Pflanzen, wie Kartoffeln, Raps etc. gewonnen werden können, und diese besonderen Fasern, vorwiegend aus einer Folie, durch z. B. Fibrillieren hergestellt werden, aber auch aus gesponnenen Fasern bestehen können, und dadurch auch in Verbindung mit anderen abbaubaren Polymerfasern = Type B, z. B. Copolyamiden und/oder biologischen Fasern, wie Jute oder dergleichen und/oder abbaubaren Zuschlagstoffen und/oder abbaubaren Folien, ein Auflösen in Wasser oder ein Verrotten des Faservlieses, oder des Verbundes, oder Teilen daraus, zuläßt.

2. Faservlies nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Vlies aus einer oder mehreren, auch unter schiedlich zusammengesetzten Schichten besteht.

3. Faservlies nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Faservlies aus mehreren miteinander verbundenen Faservliesen, nach einem der vorherigen Ansprüche besteht.

4. Faservliese nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb des Faservlieses ein- oder beid seitig an den Oberflächen und/oder zwischen den Schichten, vollflächig oder partiell, mindestens eine funktionelle und/oder stabilisierende Schicht oder Verstärkungsmaterial besteht aus ebenfalls ver rottungsfähigem Material, wie Fasern, Folien, Gittergeweben, Gelegen, Maschengebilden, aufgesprühten Substanzen oder dergleichen.

5. Faservlies nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb des Faservlieses, ein- oder beidseitig an den Oberflächen und/oder zwischen den Schichten, vollflächig oder partiell, mindestens eine funktionelle und/oder stabilisierende Schicht oder Verstärkungsmaterial in Form von Fasern, Vliesen, Folien, Geweben, Maschengebilden, aufgesprühten Substanzen oder dergleichen, aus nicht verrottbaren Materialien besteht.

6. Verwendung eines Faservlieses nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5.