Projekt 05206/01

Biologisch abbaubare Becher für Lebensmittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Projektträger

MAFO SystemtechnikDr.-Ing. A. Zacharias GmbH & Co.KG
Industriestr. 1
83317 Teisendorf

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Stellvertretend für Verpackungsartikel im Fast-food-Bereich werden biologisch abbaubare Trinkbecher entwickelt. Unter umweltrelevanten und wirtschaftlichen Gesichtspunkten soll ein adäquater Ersatz zu petrochemisch basierenden Produkten in der Fast-food-Industrie gefunden und entwickelt werden. Weitestgehend soll ein geschlossener Produktkreislauf entstehen. Abfallaufkommen und Entsorgungsproblematik von Massenverpackungen wird somit in erster Instanz zu lösen versucht, nicht zuletzt um Ressourcen zu schonen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben ist grundsätzlich in vier Teilziele unterteilt. Eine Optimierung der Verfahrenstechnik soll ein adäquates Verfahren bereitstellen und die Parameter für eine technische Fertigung liefern. Rohmaterial wird zu Mustern verarbeitet, so daß von einer reproduzierbaren Vorserie ausgegangen werden kann. Zur Zertifikation des Produktes für die Lebensmittelanwendung werden von kompetenter Seite Permeations- und Migrationsverhalten von relevanten Medien gegenüber Polymilchsäure geprüft. Hinsichtlich eines Lebensmittelkontaktes werden auch sensorische Prüfungen durchgeführt. Durch den Einsatz von erstellten Mustern in einer Pilotanwendung kann ein Pilotkunde bemustert werden. Dabei sollen anwendungsspezifische Erkenntnisse erfaßt werden können. Unter praxisbezogenen Gesichtspunkten werden Becher von Testpersonen für die Kompostierung gesammelt, um Informationen in Richtung Verhalten gegenüber neuen Werkstoffen zu erhalten. Die im Laufe des Projektes ersichtlichen Ergebnisse fließen kontinuierlich in das laufende Projekt mit ein. Damit wird ein optimales Ergebnis erzielt. Es handelt sich bei Polymilchsäure um das Polymer aus einer Kondensation. Folglich sind diese Reaktionen reversibel und das Ergebnis stark hygroskopisch. Die notwendige Konsequenz daraus ist eine Materialkonditionierung. Notwendigerweise ist der Abbau in einer Form zu quantifizieren und durch Meßwerte zu bestätigen. Die ausgewerteten Ergebnisse sollen dazu geeignet sein, Zusammenhänge zwischen relevanten Größen und kausalen Parametern glaubhaft darzustellen.


Ergebnisse und Diskussion

Die Bewertung der Auswahlkriterien gemäß dem Hyperbelverfahren ergab für die Werkstoffversuche im Labormaßstab das Spritzgiessen als adäquates Verfahren. Dieses Ergebnis erbrachte eine Nutzwertanalyse mit entsprechenden Berwertungen nach technischer und wirtschaftlicher Wertigkeit. Die Untersuchungen zeigten, daß keine ultimativen Werkstoffanforderungen gestellt werden können. Werkstoffkennwerte variieren dafür zu stark. Jedoch eignet sich für die Verarbeitung in dünnwandigen Kavitäten ein Werkstoff, dessen Molekülmasse nicht größer als 100.000 ist. Der Werkstoff erwies sich als allgemein einsetzbar im Hinblick auf Maschinen- und Gerätetauglichkeit. Einzugszonen sind jedoch zu temperieren, da sich bereits bei 60 - 65°C Agglomerate bilden und diese mit Brücken den Einzug ver-schliessen. Im Werkzeugbau ist darauf zu achten, daß möglichst homogene Temperaturzonen durch geschicktes Anlegen von Kühlkanälen erreicht werden. Die Schmelzestabilität ist stark von der Führung der Werkzeugtemperatur abhängig. Weiters ist aufgrund der Schmelzestabiltät bei Hohlkörpern auf eine verstärkte Zentrierung zu achten, da sonst ein Kernversatz zu befürchten ist. Die Oberflächen der Kavitäten sollen nicht minimale Rautiefe aufweisen. Dies führt zu Entformungsproblemen. Der Anguss ist vorzugsweise als Heisskanal auszulegen. Resultierende Spannungen lassen sich somit reduzieren. Bei hohen Einspritzgeschwindigkeiten kann ein Schmelzebruch erfolgen. Veränderliche Verarbeitungsparameter sind in engen Toleranzen zu führen. Abweichungen bedingen starke Viskositätsschwankungen und schlimmstenfalls sogar hydrolytischen Abbau. Einspritzgeschwindigkeiten sollten nicht zu hoch sein, da ein hoher Eintrag an Dissipationswärme ebenfalls hydrolytischen Abbau bewirkt. Die Zykluszeit konnte im Projektverlauf um ca. 70% gesenkt werden. Ein Zeichen dafür, daß die exakte Führung von Parametern für eine wirtschaftliche Fertigung notwendig ist. Die Ergebnisse wurden durch mechanische und physikalische Werkstoffprüfung bestätigt. Die Dehnung des verarbeiteten Werkstoffes liegt max. bei 7 - 8 %. Bei hohem Degradationsgrad sinkt die Dehnung und das Spitterverhalten steigt. Im Vergleich zu Vestolen (PP) hat PLA einen steileren Anstieg der Fliessfähigkeit über der Temperatur. Dies weist auf deutlich geringer Verarbeitungsbandbreiten gegenüber konventionellen Thermoplasten hin. Die Feuchte und Verweilzeit des PLA in der Plastifiziereinheit steigert überproportional das Fliessverhalten, aber auch den molekularen Abbau.Polymilchsäure konnte mit den erarbeiteten Kenntnissen weitgehend problemlos zur Mustererstellung verwendet werden. Lediglich das Werkzeug mußte noch verändert werden, bevor reproduzierbar gute Becher erzielt werden konnten. Für Kompostierbarkeits- und Lebensmittelzulassungsuntersuchungen sowie Pilotanwendungen wurde eine Vorserie gefertigt. Die Ergebnisse wurden auch hier bestätigt.Nach der EU-Rahmenrichtlinie 89/109/EWG wurde von anerkannter, externer Seite die Zulassung für den Kontakt zu Lebensmitteln bestätigt. Hierfür wurden Migrationsuntersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse blieben weit unter den zugelassenen Grenzwerten. Für den Kontakt mit Lebensmitteln wurden auch sensorische Prüfungen von Wirtschaftsunternehmen in der Getränke- und Molkereibranche mit Erfolg durchgeführt. Es ergaben sich keine sensorischen Belastungen bei den Probekörpern. Lediglich eine leicht erhöhte Flüchtigkeit von Kohlensäure in Getränken wurde festgestellt. Für den Kontakt zu Lebensmitteln ist die Bestimmung von Schwermetallen nicht zwingend vorgeschrieben. Es gibt auch keine Indizien, daß Schwermetalle in unkontrollierter Konzentration im Werkstoff enthalten sind. Jedoch wird im Zuge der Kompostierbarkeitszertifikation nach DIN ISO 54900 der Gehalt an eventuellen Schwermetallen explizit untersucht. Abschließend sind als maßgeblich korrelierende Größen Feuchte, Schmelzindex, Festigkeit und Molekülmasse festgestellt worden. In Diagrammen wurden Verarbeitungsbereiche, Feuchtewerte und Auswirkungen auf Festigkeit und Viskosität dargestellt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

In einer Pilotanwendung wurde die Entwicklung des Bechers der Öffentlichkeit präsentiert. Hierbei standen etwa 2.000 Becher zur Verköstigung bereit. Besucher und Veranstalter zeigten sich gleichermaßen beeindruckt von den gezeigten Ergebnissen. Benutzte Becher wurden von Besuchern in bereitgestellte Behälter geworfen und der Kompostierung zugeführt.Anläßlich des 5. Symposiums Im Kreislauf der Natur - Naturstoffe für die moderne Gesellschaft unter der Leitung von C.A.R.M.E.N., wurde im Rahmen eines Fachvortrages die Entwicklungsleistung vor-gestellt. Die Becher von MAFO Systemtechnik wurden außerdem auf der INNOMA ´96, einer Erfindermesse in Sachsen-Anhalt, dem Fachpublikum gezeigt. Für die Leistungen auf dem Gebiet der Produktentwicklung mit nachwachsenden Rohstoffen, erhielt MAFO Systemtechnik im September 1996 den Förderpreis des Bayerischen Landwirtschaftsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten.


Fazit

Die erarbeiteten Ergebnisse und das präsentable Produkt sind als voller Erfolg dieses Projekt zu sehen. Im Rahmen der Aufwendungen wurde ein Produkt geschaffen, welches technisch und optisch konkurrenzfähig zu herkömmlichen Fast-food-Artikeln ist. Es kann somit gewährleistet werden, daß bei einem Einsatz dieser Produkte dem Nutzen für die Umwelt in voller Höhe Rechnung getragen werden kann. Es gilt nun für die Zukunft eine wirtschaftliche Massenproduktion vorzubereiten.

Übersicht

Fördersumme

101.043,04 €

Förderzeitraum

15.08.1995 - 14.08.1996

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik