NL1003655C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een biologisch afbreekbaar thermoplastisch materiaal. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het vervaardigen van een biologisch afbreekbaar thermoplastisch materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een biologisch afbreekbaar thermoplastisch materiaal, waarbij een vast keratinehoudend natuurproduct als uitgangsmateriaal wordt 5 gebruikt.

Keratine is een proteïne dat aanwezig is in verschillende dierlijke materialen, voorbeelden van keratinehoudende dierlijke materialen zijn veren, haar, wol, nagels, klauwen, huidderivaten, hoeven, horens en 10 snavels. Dergelijke materialen vormen doorgaans afvalstromen van slachterijen, leerlooierijen en andere vleesverwerkende industrieën.

In het verleden is gezocht naar nuttige toepassingen voor deze in omvang aanzienlijke afvalstromen.

15 In het Amerikaanse octrooischrift 3.684.522 is een werkwijze beschreven om uit keratinehoudend materiaal een vezelachtig eiwitproduct te bereiden, dat wordt toegepast in voedingsmiddelen om hieraan een vleesachtige textuur te geven. Volgens deze werkwijze wordt keratine eerst 20 geïsoleerd. Hiertoe worden keratinehoudende, dierlijke materialen geëxtraheerd met een waterige oplossing van een alkalimetaalsulfide. Nadat de onopgeloste bestanddelen zijn afgescheiden, wordt de keratinebevattende oplossing behandeld met alkalimetaalsulfiet en wordt de keratine 25 neergeslagen door toevoeging van zuur. De geïsoleerde en gezuiverde keratine wordt vervolgens gemengd met water of een water-alcoholmengsel en er wordt verhit ter verkrijging van een extrudeerbare massa, die door een extrusie- en een uitrekbewerking wordt verwerkt tot het 30 beoogde vezelachtige eiwitproduct.

In de Nederlandse octrooiaanvrage 7712209 is een werkwijze beschreven voor het bereiden van een verteerbaar product uit keratine bevattende materialen. Volgens deze werkwijze worden keratine bevattende materialen, zoals 1003655.

2 veren van pluimvee, bij hoge temperatuur en druk in water onderworpen aan de inwerking van hoge afschuifkrachten. Aldus wordt een niet- samenhangend product verkregen, dat na drogen een fijn meel oplevert, dat wordt toegepast als 5 veevoeder.

Volgens de uitvinding worden afvalstromen van keratinehoudende materialen op een geheel nieuwe wijze verwerkt: er worden namelijk thermoplastische materialen uit vervaardigd, die voor talrijke verdere toepassingen 10 kunnen worden gebruikt.

Van wezenlijk belang is dat de keratinehoudende materialen worden verwerkt zonder de keratine af te scheiden. Het natuurproduct wordt dus als zodanig verwerkt.

15 Voorts hoeft slechts een zeer beperkt aantal stappen te worden uitgevoerd, waarbij bovendien geen kostbare hulpstoffen nodig zijn.

Tenslotte worden bij het uitvoeren van de onderhavige werkwijze geen of praktisch geen nevenproducten verkregen, 20 die weer zouden moeten worden verwerkt of opgewerkt.

De uitvinding verschaft dus een eenvoucige en efficiënte werkwijze om uit afvalmateriaal een nuttig product te maken.

De genoemde doelstellingen worden volgens de 25 uitvinding bereikt door een vast keratinehoudend natuurproduct, zonder dat de keratine wordt afgescheiden, in aanwezigheid van een medium dat een vloeistoffase vormt bij de gekozen verwerkingsomstandigheden, bij verhoogde temperatuur en druk onder inwerking van afschuifkrachten 30 te plasticeren en het daardoor verkregen thermoplastische materiaal te winnen.

Het uitgangsmateriaal dat wordt toegepast in de onderhavige werkwijze kan elk vast keratinehoudend natuurproduct zijn, gewoonlijk van dierlijke herkomst, 35 zoals bijvoorbeeld (dons)veren, haren, wol, nagels, klauwen, huidderivaten, hoeven, horens en snavels. Bij voorkeur worden veren van pluimvee als uitgangsmateriaal gebruikt.

1003655.

3

Het vaste keratinehoudende natuurproduct wordt volgens de uitvinding verwerkt zonder dat de keratine wordt afgescheiden. In het natuurproduct vormen keratine-en andere moleculen een bepaalde materiaal-karakteristieke 5 structuur of basisskeletstructuur. Die materiaal-karakteristieke structuur is in het onderhavige uitgangsmateriaal in essentie behouden en is beslist niet tenietgedaan door een chemische omzetting of een scheidingsbehandeling zoals extraheren.

10 Gewoonlijk wordt wel een voorbehandeling uitgevoerd om aanhangende vlees- en vuilresten en eventueel huidvet te verwijderen. Deze te verwijderen materialen maken in feite geen deel uit van het vaste keratinehoudende natuurproduct, dus ook niet van de materiaal-15 karakteristieke structuur daarvan, maar kleven bijvoorbeeld aan het oppervlak. Een dergelijke voorbehandeling kan bestaan uit een wasbehandeling, maar andere gebruikelijke voorbehandelingen zijn ook mogelijk, mits deze de materiaal-karakteristieke structuur niet 20 wezenlijk te wijzigen.

Voorts kan het /aste keratinehoudende natuurproduct door een mechanische bewerking worden verkleind, zoals door hakselen, malen etc. Een dergelijke verkleinende bewerking laat de materiaal-karakteristieke structuur in 25 essentie ongewijzigd en dient voornamelijk om de grootte van het uitgangsmateriaal beter af te stemmen op de apparatuur die voor de verdere verwerking wordt gebruikt.

Het eventueel gewassen en verkleinde uitgangsmateriaal wordt volgens de uitvinding verwerkt tot 30 een thermoplastisch materiaal in aanwezigheid van een medium, dat een vloeistoffase vormt onder de omstandigheden waarbij de verwerking wordt uitgevoerd.

Deze vloeistoffase zorgt ervoor dat tijdens het plasticeren een goede warmte-overdracht plaatsvindt en het 35 uitgangsmateriaal versmelt, zodat een thermoplastisch materiaal met een hechte pakking wordt verkregen.

Volgens een eerste variant van de uitvinding wordt het medium in essentie gevormd door water. Dit water kan 1003555.

4 afkomstig zijn van de hierboven genoemde wasbehandeling of van een, meestal automatisch uitgevoerde, behandeling waarbij het keratinehoudende natuurproduct wordt verwijderd van het dier waarvan het afkomstig is, 5 bijvoorbeeld een automatische plukbehandeling. Zo nodig kan ook water worden toegevoegd aan het uitgangsmateriaal.

Wanneer water fungeert als medium voor het vormen van de vloeistoffase, dient dit aanwezig te zijn in een effectieve hoeveelheid (= effectief watergehalte) van 10-10 80 gew.%, bij voorkeur boven 35 gew.% en het liefst van 40-60 gew.%, betrokken op de hoeveelheid vast keratinehoudend natuurproduct.

Met de effectieve hoeveelheid water wordt de hoeveelheid water bedoeld die vrij beschikbaar is wanneer 15 het plasticeren wordt uitgevoerd. Een deel van dat water kan ook afkomstig zijn van het natuurproduct zelf, waarin het bijvoorbeeld als kristalwater aanwezig is, dat tijdens het plasticeren wordt afgegeven.

Wanneer het keratinehoudende natuurproduct wordt 20 aangeleverd met een grotere hoeveelheid water dan de gewenste effectieve hoeveelheid, wordt het teveel aan water verdampt of onttrokken voordat het uitgangsmateriaal de beginzone van het plasticeren bereikt. Hiervoor kan een droogbehandeling worden uitgevoerd of een 25 waterafvoerfilter worden gebruikt, maar andere bekende technieken om water te onttrekken aan een vast product kunnen ook worden toegepast.

Een andere manier om het effectieve watergehalte van het uitgangsmateriaal te verlagen bestaat uit de 30 toevoeging van een geschikte hoeveelheid van een waterbindend middel aan het vaste keratinehoudende natuurproduct voordat dit wordt verwerkt. Waterbindende middelen onttrekken namelijk water en houden dat vast, zodat de effectieve of vrij aanwezige hoeveelheid water 35 kleiner is. Als geschikte waterbindende middelen kunnen bijvoorbeeld bepaalde zetmeelproducten of eiwitten worden genoemd. Bij de toepassing van waterbindende middelen dient ook rekening te worden gehouden met hun mogelijk 1 0 0 3 6 5 5.

5 effect op de mechanische eigenschappen van het te vervaardigen thermoplastische materiaal. Een te grote hoeveelheid waterbindende middelen kan namelijk de sterkte en de watervastheid schaden. Daarom worden waterbindende 5 middelen in het algemeen niet toegepast in hoeveelheden die groter zijn dan 10 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

Bij de toepassing van water als medium voor het vormen van de vloeistoffase is in de vloeistoffase tevens 10 een hulpstof aanwezig voor het verbreken van zwavelbruggen in de keratine of voor het verkorten van de ketenlengte van de keratinemoleculen.

Als hulpstoffen die geschikt zijn voor het verbreken van zwavelbruggen in de keratine komen vooral stoffen met 15 een reducerende werking in aanmerking. Dergelijke stoffen hebben het belangrijke voordeel dat zij slechts de in keratine aanwezige zwavelbruggen verbreken, zonder de keratinemoleculen zelf aan te tasten en in kortere stukken te doen uiteenvallen. Aldus kan een beperkte afbraak van 20 het uitgangsmateriaal worden bereikt, hetgeen leidt tot het verkrijgen van een eindproduct niet uitstekende mechanische eigenschappen.

Als voorbeelden van geschikte stoffen met een reducerende werking kunnen alkalimetaalsulfiden en in het 25 bijzonder natriumsulfide worden genoemd. Geschikte hoeveelheden van die stoffen liggen tussen 0,5 en 10 gew.%, bij voorkeur tussen 0,7 en 1,5 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

Als hulpstoffen voor het verkorten van de ketenlengte 30 van de keratinemoleculen kunnen zowel sterk alkalische anorganische stoffen als sterke anorganische zuren worden toegepast. Voorbeelden van geschikte sterk alkalische anorganische stoffen zijn alkalimetaal-, en aardalkalimetaalhydroxiden. Bij voorkeur wordt 35 natriumhydroxide gebruikt. Sterk alkalische anorganische stoffen worden gewoonlijk toegepast in hoeveelheden tussen 0,2 en 10 gew.%, bij voorkeur tussen 2 en 4 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct. Als 100 3 6 5 5.

6 sterk anorganisch zuur kan elk sterk anorganisch zuur, zoals zoutzuur, zwavelzuur, fosforzuur, of een mengsel van dergelijke zuren worden gebruikt, doch bij voorkeur wordt zwavelzuur gebruikt. Sterke anorganische zuren worden 5 gewoonlijk toegepast in hoeveelheden van 0,5-10 gew.%, bij voorkeur van 2-4 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

Bij toepassing van sterk alkalische anorganische stoffen of sterke anorganische zuren als hulpstof dient 10 men voorzichtig te werk te gaan, omdat de werking als hulpstof van deze klassen berust op het verkorten van de ketenlengte van de keratinemoleculen. Men kiest de hoeveelheid van deze hulpstoffen dus zodanig dat een ketenverkorting wordt bewerkstelligd die toereikend is 15 voor een goede plasticering van het uitgangsmateriaal, maar niet tot zulke korte ketens leidt dat het eindproduct niet meer de gewenste eigenschappen zou bezitten. Welke hoeveelheid in een specifiek geval het beste kan worden gebruikt, kan door de deskundige gemakkelijk 20 proefondervindelijk worden bepaald.

Volgens ^en tweede variant van de uitvinding wordt de vloeistoffase in hoofdzaak gevormd door een of meer stoffen die eveneens vloeibaar zijn bij de gekozen verwerkingsomstandigheden en bovendien het plasticeren 25 bevorderen. De hulpstoffen die essentieel zijn bij de eerder besproken eerste variant zijn thans niet nodig.

De genoemde stoffen die vloeibaar zijn bij de gekozen verwerkingsomstandigheden kunnen worden gekozen uit talrijke stoffen waarvan bekend is dat zij in een hete 30 smelt plasticerend werken en die bovendien een kookpunt hebben dat hoger is dan dat van water en bij voorkeur ten minste 120°C, liefst zelfs ten minste 140°C bedraagt. Bij voorkeur worden die stoffen gekozen uit klassen van verbindingen die een deels polair en een deels apolair 35 karakter hebben. Als voorbeelden van dergelijke klassen kunnen polyolen, polyalkyleenglycolen, polyetherglycolen, vetzuren, vetzuuresters en ureumverbindingen, waaronder ureum zelf, worden genoemd. Geschikte specifieke 1 00 3 5 5 5 .

7 verbindingen zijn bijvoorbeeld glycerol, palmitinezuur, stearinezuur en kaarsvet. Het liefst wordt glycerol toegepast. De genoemde stoffen kunnen ook worden gekozen uit klassen van verbindingen met een alleen apolair 5 karakter, zoals hogere alkanen. Uiteraard kunnen ook mengsels worden toegepast. Alhoewel vooral bij de toepassing van een tamelijk grote hoeveelheid van deze stoffen fasescheiding kan optreden in het uiteindelijke thermoplastische materiaal, wordt opgemerkt dat zulks geen 10 nadelig effect heeft op de gunstige eigenschappen en de verdere verwerking van het vervaardigde thermoplastische materiaal. Deze stoffen worden gewoonlijk toegepast in een hoeveelheid van 10-200 gew.%, bij voorkeur van 20-80 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende 15 nat uurproduc t.

Volgens deze tweede variant kan eveneens water aanwezig zijn, maar dat water is op zichzelf niet in staat om de vloeistoffase te vormen. Daarvoor zijn immers de bovenbeschreven stoffen met plasticerende werking 20 noodzakelijk. Wel kan het aanwezige water de beoogde werking van deze laatste stoffen ondersteunen en versterken. Volgens deze tweede variant bedraagt het effectieve watergehalte ten hoogste 60 gew.%, bij voorkeur ten hoogste 40 gew.% en liefst ten hoogste 20 gew.%, 25 berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct. In het algemeen is volgens deze tweede variant minder water aanwezig dan volgens de eerder besproken eerste variant. Het regelen van het gewenste effectieve watergehalte kan ook in dit geval geschieden door te drogen, door water te 30 onttrekken vóór de beginzone van het plasticeren en/of door toepassing van waterbindende middelen.

Zoals hierboven is besproken, wordt volgens de uitvinding een vast keratinehoudend natuurproduct, zonder dat de keratine wordt afgescheiden, in aanwezigheid van 35 een medium dat een vloeistoffase vormt bij de gekozen verwerkingsamstandigheden, verwerkt tot een biologisch afbreekbaar thermoplastisch materiaal. Aan het uitgangsmateriaal kunnen ook allerlei gebruikelijke 100 3 6 5 5.

8 additieven worden toegevoegd, zoals kleurstoffen, bijvoorbeeld titaanoxide of koolstof, vulmiddelen, bijvoorbeeld talkpoeder, of stoffen die de geur beïnvloeden, bijvoorbeeld actieve kool, die tevens als 5 kleurstof werkt, etc. Additieven worden gewoonlijk in kleine hoeveelheden toegevoegd en hebben dan ook weinig of geen invloed op de verdere eigenschappen van het eindproduct.

Het vaste keratinehoudende natuurproduct, het medium 10 voor het vormen van de vloeistoffase en eventuele verdere componenten, voor zover nodig of wenselijk, kunnen eenvoudig bij elkaar worden gevoegd of tot een min of meer homogene massa wordt vermengd. Dit mengen kan in elke gebruikelijke menginrichting worden uitgevoerd.

15 Soms kan het gewenst zijn om de vermengde massa enige tijd te bewaren, bijvoorbeeld om volgens de eerder besproken eerste variant de gebruikte hulpstoffen te laten inwerken op het vaste keratinehoudende natuurproduct. Deze inwerking kan worden bevorderd door de massa af en toe of 20 continu te roeren. De duur van deze periode kan door de vakman eenvoudig proefondervindelijk worden bepaald, waarbij in het bijzonder de gewenste mate van inwerking van de hulpstoffen bepalend is.

Het plasticeren wordt bewerkstelligd door de 25 uitgangsmassa bij verhoogde temperatuur en druk te onderwerpen aan de inwerking van afschuifkrachten. De temperatuur waarbij het plasticeren wordt uitgevoerd moet hoog genoeg zijn om het vaste keratinehoudende natuurproduct onder de gekozen verwerkingsomstandigheden 30 te versmelten maar mag niet zo hoog zijn dat een wezenlijk deel van dat product ontleedt. Wanneer men, volgens de hierboven besproken eerste variant, water toepast als medium dat een vloeistoffase vormt bij de verwerkingsomstandigheden, voert men het plasticeren uit 35 bij een temperatuur tussen 20 en 100°C, bij voorkeur tussen 70 en 90°C. Wanneer men anderzijds volgens de hierboven besproken tweede variant te werk gaat en de vloeistoffase wordt gevormd door een of meer stoffen die 1 0 0 3 é 5 5.

9 het plasticeren bevorderen en tevens vloeibaar zijn bij de gekozen verwerkingsomstandigheden, voert men het plasticeren uit bij een temperatuur tussen 120 en 150°C en bij voorkeur tussen 125 en 140°C.

5 De druk waarbij het plasticeren wordt uitgevoerd, kan binnen een ruim gebied zijn gelegen en wordt bij voorkeur gekozen tussen 10 en 150 bar, het liefst tussen 80 en 120 bar.

Het is van belang dat tijdens de inwerking van de 10 afschuifkrachten de warmte-overdracht dusdanig efficiënt is, dat een volledige of nagenoeg volledige versmelting plaatsvindt en een plastische massa met een hechte pakking wordt verkregen. De inwerking wan afschuifkrachten waarbij een dergelijke efficiënte warmte-overdracht 15 plaatsvindt, kan op verschillende, bekende manieren worden bewerkstelligd. Rekening houdend met de aard van de te plasticeren massa, kan de vakman eenvoudig proefondervindelijk vaststellen welke manier het meest geschikt is.

20 Bij voorkeur past men voor de inwerking van afschuifkrachten een extruder toe. Volgens een bijzonder efficiënte wijze van werken wordt het plasticeren als een één-stapsproces uitgevoerd in een extruder, waarbij een geschikte extruder bijvoorbeeld van het meedraaiende 25 dubbelschroeftype is.

Om de warmte-overdracht te bevorderen, gebruikt men bij voorkeur een extruder waarbij de schroef meerdere kneedelementen omvat. Deze zorgen, behalve voor een goede warmte-overdracht, tevens voor een goede dispergatie van 30 het vaste keratinehoudende natuurproduct.

In de extruder kan een voorziening zoals een waterafvoerfilter aanwezig zijn om water aan het uitgangsmateriaal te onttrekken vóór de beginzone van het plasticeren. Voorts kan de extruder in een drukloos gebied 35 in de schroef door een vacuumpomp worden ontgast, waarbij het effectieve watergehalte doorgaans met ongeveer 5 gew.% afneemt, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

1003555.

10

Op de schroefopbouw zijn verschillende variaties mogelijk, mits de temperatuur in het te verwerken materiaal goed verdeeld wordt ter voorkoming van zogenaamde 'hot spots' en een goede versmelting 5 plaatsvindt. Het is bijvoorbeeld mogelijk om een extruder met een "Reverse Screw Element" (RSE), eventueel met terugvloeiopeningen, toe te passen. Dit is vooral interessant wanneer volgens de eerder besproken eerste variant wordt gewerkt, omdat de toegepaste concentratie 10 van de hulpstof dan lager kan zijn.

Verder kunnen verschillende matrijzen in de extruder worden geplaatst. Door een matrijs toe te passen met kleine openingen kunnen een betere schroefafvulling, een hogere druk en een gemakkelijker te drogen en te vermalen 15 extrudaat worden verkregen. Zolang de openingen niet verstoppen en de druk niet boven de grenswaarde uitstijgt, zijn de grootte en het aantal openingen van een matrijs onbeperkt te variëren. Zelfs het aansluiten van een foliematrijs of een buismatrijs behoort tot de 20 mogelijkheden.

Behalve de temperatuur en de druk, zijn het toerental van de schroeven en de doorzet de voornaamste variabelen bij de extrusie. Het toerental, ook wel aangeduid met schroefsnelheid, ligt doorgaans tussen 10 en 300 rpm en 25 bij voorkeur tussen 25 en 50 rpm. Hoge toerentallen leveren doorgaans een snellere en meer volledige plasticering op. Anderzijds kan een zeer hoog toerental zorgen voor een zodanige energiedissipatie in de te plasticeren massa, dat het risico bestaat dat het vaste 30 keratinehoudende natuurproduct ontleedt, hetgeen uiteraard ongewenst is.

De doorzet kan sterk variëren. Bij handmatig vullen van de extruder met grof of vrij grof uitgangsmateriaal bedraagt de doorzet bijvoorbeeld enkele kg/u. wanneer het 35 uitgangsmateriaal daarentegen vooraf is verkleind en men de extruder mechanisch vult met bijvoorbeeld een plunjer, zijn doorzetten van boven de 100 kg/u haalbaar. Een hogere doorzet betekent een kortere verblijftijd van het 1003655.

11 materiaal in de extruder, en dus een grotere productiecapaciteit.

Het product dat door het plasticeren is verkregen, is een versmolten thermoplastisch materiaal met een hechte 5 interne samenhang of pakking. Dat product kan op gebruikelijke wijze, bijvoorbeeld door granuleren of malen, worden verwerkt tot een handzaam halffabrikaat.

Het volgens de onderhavige werkwijze verkregen thermoplastische materiaal kan met op zichzelf bekende 10 technieken, bijvoorbeeld door persen of spuitgieten, worden verwerkt tot een breed scala aan voorwerpen, bijvoorbeeld verpakkingsmaterialen en gebruiksvoorwerpen van uiteenlopende aard zoals bakjes, potjes, bekers, folie, platen, staafjes en naambordjes.

15 De aldus vervaardigde voorwerpen bezitten goede sterkte-eigenschappen en zijn bovendien watervast. Zij zijn met name behoorlijk stevig en behouden die stevigheid ook bij contact met water. Toch zijn zij biologisch goed afbreekbaar, wanneer zij bijvoorbeeld in een geschikte 20 omgeving worden blootgesteld aan de inwerking van in de natuur voorkomende micro-organismen. Dit biedt zoals bekend, grote voordelen wanneer de voorwerpen, nadat zij hun functie hebben vervuld, als afval moeten worden verwerkt.

25 De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de onderstaande voorbeelden. Deze voorbeelden worden geacht de uitvinding op geen enkele wijze te beperken.

Tenzij anders vermeld, zijn alle in de voorbeelden vermelde percentages gewichtspercentages berekend op het 30 vaste keratinehoudende natuurproduct.

Voorbeeld I

Gewassen kippendonsveren met een watergehalte van 35% werden ongemalen gedoseerd in een BC 45 Clextral 35 meedraaiende dubbelschroefextruder met een lengte van 1250 mm en een lengte/diameterverhouding van 23. De schroefopbouw is afgebeeld in figuur 1. Er werd een matrijs gebruikt met vier openingen met een diameter van 2 1 0 0 3 6 5 5.

12 mm. De matrijs werd gekoeld op 15°C om de hanteer he id van het extrudaat te verbeteren. Er werd een 10%-ige natriumsulfide-oplossing toegevoerd via een zij invoer van de extruder. Het debiet van de natriumsulfide-oplossing 5 werd met een regelbare slangenpomp ingesteld op 1,5 - 1,8 1/u. Het toerental van de schroeven werd ingesteld op 50 rpm. De temperatuur van de verwarmingsmantels in het reactiedeel van de extruder lag tussen 80 en 90°C.

Bij een doorzet van ongeveer 7,5 kg/u werd een 10 versmolten streng verkregen met een groene kleur. Door het extrudaat onder een lichtmicroscoop te bekijken, kon bevestigd worden dat de versmelting volledig was verlopen. De natriumsulfide-concentratie in het extrudaat bedroeg 2,1 - 2,4%, terwijl het watergehalte tussen 40 en 48% lag. 15 Bij de hoogste concentratie aan natriumsulfide (2,4%) lag tijdens de extrusie het ampèrage op 16 ampère, het motorvermogen op 0,85 kW en de druk op 19 bar. Bij de lage concentratie aan natriumsulfide (2,1%) lag tijdens de extrusie het ampèrage op 23 ampère, het motorvermogen op 20 1,2 5 kW en de druk op 2 2 bar.

Het watervaste extrudaat werd tot granulaat gemalen en bleek goed vormbaar te zijn in een pers bij 100 en 150°C.

25 Voorbeeld II

Er werd gewerkt als in Voorbeeld 1, maar in plaats van natriumsulfide werd thans natriumhydroxide als hulpstof toegepast. Daartoe werd natronloog met een concentratie van 5 mol/1 via de zij invoer van de extruder 30 bijgedoseerd via een regelbare slangenpomp met een debiet van 1,2 - 2,2 1/u. De druk tijdens de extrusie bedroeg 19 bar.

Door onder de hierboven beschreven omstandigheden de doorzet te variëren tussen 10 en 18 kg/u werden vier 35 verschillende extrudaten verkregen, die bij controle onder een lichtmicroscoop nagenoeg volledig versmolten bleken te zijn. In de extrudaten was een concentratie natriumhydroxide aanwezig van 1,7%, 2,8%, 3,3% of 5,8%.

1 00 3 s 5 5 .

13

Het extrudaat dat een concentratie natriumhydroxide van 2,8% bevatte was het meest volledig versmolten.

Het watergehalte van de extrudaten lag tussen 49 en 62%. Het ampèrage en het benodigde motorvermogen tijdens 5 de extrusie werden weinig beïnvloed door de verschillen in de verwerkingsomstandigheden. Het ampèrage was bij de laagste natriumhydroxideconcentratie 16 ampère en bij de hoogste natriumhydroxideconcentratie 20 ampère. Het vermogen lag tussen 1,08 en 1,19 kW.

10 De watervaste extrudaten waren lichtbruin van kleur en werden vermalen tot granulaat, dat goed vormbaar was in een pers bij 100 en 150°C.

Voorbeeld III

15 Gewassen kippenveren met een watergehalte van ongeveer 57% werden gedurende 60 minuten bij 60°C gedroogd in een Ledoux kastdroger. Na drogen lag het vochtgehalte rond de 13%. De veren werden ongemalen in een BC 45 Clextral meedraaiende dubbelschroefextruder met een lengte 20 van 1250 mm en een lengte/diameterverhouding van 23 gedoseerd. De schroefopbouw is afgebeeld in figuur 2. Er werd een matrijs gebruikt met vier openingen van vier mm. Met een regelbare slangenpomp werd glycerol ingevoerd op dezelfde plaats als waar de veren werden gedoseerd. De 25 concentratie glycerol in het extrudaat was 25%. Het toerental van de schroeven werd ingesteld op 25 rpm. De doorzet van de versmolten verenmassa lag gemiddeld op 5 kg/u. De temperatuur van de extrudermantels werd gevarieerd tussen 120 en 140°C. De bijbehorende druk en 30 het benodigde ampèrage en motorvermogen tijdens de extrusie zijn weergegeven in Tabel I.

1003655.

14 __Tabel I__

Temperatuur Ampèrage Motorvermogen Druk (°C)__(A)__(kW)__(bar) _120__23__0,67__51_ _130__31__0,86__60_ _140_ 31_ 0,86 35_

Er werden volledig versmolten extrudaten verkregen, die geschikt waren voor verdere verwerking zoals door 5 persen of spuitgieten.

Voorbeeld iv

De werkwijze van voorbeeld III werd herhaald, alleen nu met 50% glycerol in het extrudaat in plaats van 25% en 10 met toerentallen van 25, 50 en 100 rpm. De temperatuur van de extrudermantels werd ingesteld op 130°C. De doorzet bedroeg ongeveer 2,5 kg/u. Het benodigde ampèrage, het motorvermogen en de druk tijdens de extrusie zijn weergegeven in Tabel II.

15 __Tabel II__

Toerental Ampèrage Motorvermogen Druk _(rpm)__(A)__(kW)__(bar)_ _25__15__0,42__30_ _50__31__1,76__65_ _100_ 31_ 4,37 60_

De verkregen extrudaten bleken bij controle onder een lichtmicroscoop volledig versmolten te zijn. Het extrudaat 20 dat verkregen werd door extrusie met een toerental van 100 rpm, werd vervolgens spuitgegoten bij 180°C waarbij staafjes werden gevormd. Deze hadden een rek van 57% en een treksterkte van 2 MPa. De Young's modulus bedroeg 13 MPa.

25 1003655.

15

Voorbeeld V

Kippenveren met een lengte variërend van enkele centimeters tot meer dan 10 cm en een watergehalte vain 57% werden in een Clextral extruder met de schroefopbouw van 5 figuur 2 gedoseerd. De extruder had een manteltemperatuur van 80°C en een schroefsnelheid van 50 rpm. Er werd geen matrijs gebruikt en er werden geen stoffen toegevoegd. Er werd een brij van verensnippers verkregen die in het geheel niet versmolten was en geen samenhaing vertoonde.

10 Wel bleek de materiaal-karakteristieke structuur van de kippenveren behouden te zijn in de snippers.

van de verensnippers werd de deeltjesgrootte bepaald met behulp van microscopische technieken. Het resultaat is weergegeven in f iguur 3.

15 De verkregen verensnippers werden gedurende 45 minuten bij 60°C gedroogd in een Ledoux kastdroger tot een watergehalte van 15%. Vervolgens werden ze opnieuw gedoseerd in de Clextral extruder, maar nu werd een matrijs met vier openingen van 4 mm gebruikt. Via de 20 invoer waar de veren werden gedoseerd, werd met een regelbare slangenpomp glycerol toegevoerd. De schroefsnelheid werd ingesteld op 25 rpm en de temperatuur van de mantels op 13 0°C. De doorzet bedroeg ongeveer 5,6 kg/u.

25 De glyceroltoevoer werd zodanig gevarieerd, dat extrudaten werden verkregen met een glycerolconcentratie tussen 25% en 50%. In tabel lil is weergegeven wat de invloed is van de glycerolconcentratie in het extrudaat op het benodigde ampèrage en motorvermogen en de druk tijdens 30 de extrusie.

1003555; 16 __Tabel III__

Glycerol Ampèrage Motorvermogen Druk (%)__(A)__(kW)__(bar) _25__30__0,84__86_ _36__36__1,06__73_ _44__35__0,98__60_ _50__30_ 0,84 65_

Er werden watervaste strengen verkregen die bij controle onder de lichtmicroscoop volledig versmolten 5 bleken te zijn. Bij alle toegepaste glycerolconcentraties bleek de verkregen streng geschikt voor verdere verwerking zoals door persen of spuitgieten.

voorbeeld- vi 10 Kippenveren met een watergehalte vein 12% werden met een automatische plunjerfeeder gedoseerd in een Clextral extruder met de schroefopbouw zoals weergegeven in figuur 2. Er werd een matrijs gebruikt met vier openingen van drie mm. De feeder werd zo ingesteld dat de plunjer elke 4 15 seconden omlaag ging en de veren gedurende 2 st conden in de extruder drukte. Ureumkristallen werden bijgedoseerd in de invoer van de extruder. De extruder werd ingesteld op een temperatuur van 13 0°C en een toerental van 25 rpm. Tijdens de extrusie bedroegen het benodigde ampèrage 19 20 ampère, het motorvermogen 0,54 kW en de druk op de schroef 55 bar. De doorzet bedroeg ongeveer 4 kg/u.

De ureumconcentratie in het extrudaat werd met behulp van een eiwitgehaltemeting bepaald en bedroeg 11%. Het verkregen extrudaat was volledig versmolten en had een 25 lichtbruine kleur en een grove structuur. Het product bleek geschikt voor verdere verwerking zoals door persen of spuitgieten.

voorbeeld VII

30 Voorgedroogde kippenveren met een watergehalte van 12% werden met behulp van een automatische plunjer gedoseerd in een extruder met een schroefopbouw zoals 100335a.

17 weergegeven in figuur 2 en voorzien van een matrijs met vier openingen van drie mm. De plunjer werd zo ingesteld dat deze elke 4 seconden omlaag ging en de veren gedurende 2 seconden in de extruder drukte. Er werd een gemiddelde 5 doorzet van 4 kg/u bereikt. De extruder werd ingesteld op een temperatuur van 13 0°C en een schroef snelheid van 25 rpm. Via een regelbare slangenpomp werd glycerol in verschillende concentraties samen met verschillende concentraties titaanoxide en/of actieve kool gedoseerd. De 10 concentraties van glycerol, titaanoxide en actieve kool in de extrudaten en het ampèrage, het motorvermogen en de druk tijdens de extrusie zijn weergegeven in tabel IV.

___Tabel IV __

Glycerol Titaan- Actieve Ampèrage Motor- Druk (%) oxide kool (A) vermogen (bar) __(%)__(%)___(kW)__ 50__1__;__28__0,81__88 50__2_j_5__;__28__0,81__88 47__5___:__36__1,03__93 47 I - 1 10 I 45 I 0,92 80 15

Zowel titaanoxide als actieve kool dispergeerde goed in de verensmelt. Het toevoegen van titaanoxide leverde een egaal grijs extrudaat op. De kleur werd lichter naarmate meer titaanoxide werd toegepast. Het toevoegen 20 van actieve kool resulteerde in een diep zwart extrudaat.

In alle beschreven gevallen werd een volledig versmolten extrudaat verkregen dat na granuleren geschikt was om verder verwerkt te worden door persen of spuitgieten.

25 1003655.

Claims (24)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een biologisch afbreekbaar thermoplastisch materiaal, waarbij een vast 10 keratinehoudend natuurproduct, zonder dat de keratine wordt afgescheiden, in aanwezigheid van een medium dat een vloeistoffase vormt bij de gekozen verwerkingsomstandigheden, bij verhoogde temperatuur en druk onder inwerking van afschuifkrachten wordt 15 geplasticeerd en het daardoor verkregen thermoplastische materiaal wordt gewonnen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het vaste keratinehoudende natuurproduct wordt gevormd door veren 20 van pluimvee, horens, hoeven en/of snavels.

3. Werkwij ze volgens conclusie l of 2, waarbij het vaste keratinehoudende natuurproduct vooraf door een mechanische bewerking is verkleind. 25

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, waarbij de vloeistoffase wordt gevormd door water, zodat het effectieve watergehalte 10-80 gew.% bedraagt, in de vloeistoffase tevens een hulpstof aanwezig is voor het 30 verbreken van zwavelbruggen in de keratine of voor het verkorten van de ketenlengte van de keratinemoleculen, en het plasticeren wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 20-100°C.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij het effectieve watergehalte 40-60 gew.% bedraagt.

5 Conclusies

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, waarbij het plasticeren wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 7 0-40 9 0°C. 1 0 0 3 6 5 5. - 19 -

7. Werkwijze volgens conclusies 4-6, waarbij als hulpstof voor het verbreken van zwavelbruggen in de keratine een alkalimetaalsulfide wordt toegepast. 5

8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij het alkalimetaalsulfide natriumsulfide is.

9. Werkwijze volgens conclusies 4-8, waarbij de hulpstof 10 voor het verbreken van zwavelbruggen in de keratine wordt toegepast in een hoeveelheid van 0,5-10 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

10. Werkwijze volgens conclusies 4-6, waarbij als hulpstof 15 voor het verkorten van de ketenlengte van de keratinemoleculen een sterk alkalische anorganische stof wordt toegepast.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de sterk 20 alkalische anorganische stof word; toegepast in een hoeveelheid van 0,2-10 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

12. Werkwijze volgens conclusies 4-6, waarbij als hulpstof 25 voor het verkorten van de ketenlengte van de keratinemoleculen een sterk anorganisch zuur wordt toegepast.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarbij het sterke 30 anorganische zuur wordt toegepast in een hoeveelheid van 0,5-10 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

14. Werkwijze volgens conclusies 1-3, waarbij het 35 effectieve watergehalte ten hoogste 60 gew.% bedraagt, de vloeistoffase wordt gevormd door een of meer stoffen die het plasticeren bevorderen en vloeibaar zijn bij de 1003553. - 20 - verwerkingsomstandigheden waarbij het plasticeren wordt uitgevoerd, en de temperatuur gelegen is in het gebied van 120-150°C.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, waarbij het effectieve watergehalte ten hoogste 20 gew.% bedraagt.

16. Werkwijze volgens conclusie 14 of 15, waarbij de stof die het plasticeren bevordert wordt gekozen uit polyolen, 10 polyalkyleenglycolen, polyetherglycolen, vetzuren, vetzuuresters en ureum.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, waarbij als stof die het plasticeren bevordert glycerol wordt toegepast. 15

18. Werkwijze volgens conclusies 14-17, waarbij de stof die het plasticeren bevordert wordt toegepast in een hoeveelheid van 10-200 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, waarbij de stof die het plasticeren bevordert wordt toegepast in een hoeveelheid van 20-80 gew.%, berekend op het vaste keratinehoudende natuurproduct. 25

20. Werkwijze volgens conclusies 4-19, waarbij het gewenste effectieve watergehalte ten minste ten dele wordt bereikt door te drogen, door water te onttrekken vóór de beginzone van het plasticeren en/of door de toepassing van 30 waterbindende middelen.

21. Werkwijze volgens conclusies 1-20, waarbij het plasticeren wordt uitgevoerd onder een druk van 10-150 bar. 35 *0 0 5 555. - 21 -

22. Werkwijze volgens conclusie 21, waarbij het plasticeren wordt uitgevoerd onder een druk van 80-120 bar.

23. Werkwijze volgens conclusies 1-22, waarbij het plasticeren als een één-stapsproces in een extruder wordt uitgevoerd.

24. Voorwerpen die zijn verkregen door thermoplastisch 10 materiaal vervaardigd volgens conclusies 1-23 volgens op zichzelf bekende technieken verwerken. 1 0 0 3 <S 5 o .