Projekt 05206/01

Biologisch abbaubare Becher fĂŒr Lebensmittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe

ProjekttrÀger

MAFO SystemtechnikDr.-Ing. A. Zacharias GmbH & Co.KG
Industriestr. 1
83317 TeisendorfZielsetzung und Anlass des Vorhabens Stellvertretend fĂŒr Verpackungsartikel im Fast-food-Bereich werden biologisch abbaubare Trinkbecher entwickelt. Unter umweltrelevanten und wirtschaftlichen Gesichtspunkten soll ein adĂ€quater 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 grundsĂ€tzlich in vier Teilziele unterteilt. Eine Optimierung der Verfahrenstechnik soll ein adĂ€quates Verfahren bereitstellen und die Parameter fĂŒr eine technische Fertigung liefern. Rohmaterial wird zu Mustern verarbeitet, so daß von einer reproduzierbaren Vorserie ausgegangen werden kann. Zur Zertifikation des Produktes fĂŒr die Lebensmittelanwendung werden von kompetenter Seite Permeations- und Migrationsverhalten von relevanten Medien gegenĂŒber PolymilchsĂ€ure geprĂŒft. Hinsichtlich eines Lebensmittelkontaktes werden auch sensorische PrĂŒfungen durchgefĂŒhrt. 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 fĂŒr die Kompostierung gesammelt, um Informationen in Richtung Verhalten gegenĂŒber 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 PolymilchsĂ€ure 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 bestĂ€tigen. Die ausgewerteten Ergebnisse sollen dazu geeignet sein, ZusammenhĂ€nge zwischen relevanten GrĂ¶ĂŸen und kausalen Parametern glaubhaft darzustellen. Ergebnisse und Diskussion Die Bewertung der Auswahlkriterien gemĂ€ĂŸ dem Hyperbelverfahren ergab fĂŒr die Werkstoffversuche im Labormaßstab das Spritzgiessen als adĂ€quates 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 dafĂŒr zu stark. Jedoch eignet sich fĂŒr die Verarbeitung in dĂŒnnwandigen KavitĂ€ten ein Werkstoff, dessen MolekĂŒlmasse nicht grĂ¶ĂŸer als 100.000 ist. Der Werkstoff erwies sich als allgemein einsetzbar im Hinblick auf Maschinen- und GerĂ€tetauglichkeit. Einzugszonen sind jedoch zu temperieren, da sich bereits bei 60 - 65°C Agglomerate bilden und diese mit BrĂŒcken den Einzug ver-schliessen. Im Werkzeugbau ist darauf zu achten, daß möglichst homogene Temperaturzonen durch geschicktes Anlegen von KĂŒhlkanĂ€len erreicht werden. Die SchmelzestabilitĂ€t ist stark von der FĂŒhrung der Werkzeugtemperatur abhĂ€ngig. Weiters ist aufgrund der SchmelzestabiltĂ€t bei Hohlkörpern auf eine verstĂ€rkte Zentrierung zu achten, da sonst ein Kernversatz zu befĂŒrchten ist. Die OberflĂ€chen der KavitĂ€ten sollen nicht minimale Rautiefe aufweisen. Dies fĂŒhrt zu Entformungsproblemen. Der Anguss ist vorzugsweise als Heisskanal auszulegen. Resultierende Spannungen lassen sich somit reduzieren. Bei hohen Einspritzgeschwindigkeiten kann ein Schmelzebruch erfolgen. VerĂ€nderliche Verarbeitungsparameter sind in engen Toleranzen zu fĂŒhren. Abweichungen bedingen starke ViskositĂ€tsschwankungen und schlimmstenfalls sogar hydrolytischen Abbau. Einspritzgeschwindigkeiten sollten nicht zu hoch sein, da ein hoher Eintrag an DissipationswĂ€rme ebenfalls hydrolytischen Abbau bewirkt. Die Zykluszeit konnte im Projektverlauf um ca. 70% gesenkt werden. Ein Zeichen dafĂŒr, daß die exakte FĂŒhrung von Parametern fĂŒr eine wirtschaftliche Fertigung notwendig ist. Die Ergebnisse wurden durch mechanische und physikalische WerkstoffprĂŒfung bestĂ€tigt. 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 FliessfĂ€higkeit ĂŒber der Temperatur. Dies weist auf deutlich geringer Verarbeitungsbandbreiten gegenĂŒber konventionellen Thermoplasten hin. Die Feuchte und Verweilzeit des PLA in der Plastifiziereinheit steigert ĂŒberproportional das Fliessverhalten, aber auch den molekularen Abbau.PolymilchsĂ€ure konnte mit den erarbeiteten Kenntnissen weitgehend problemlos zur Mustererstellung verwendet werden. Lediglich das Werkzeug mußte noch verĂ€ndert werden, bevor reproduzierbar gute Becher erzielt werden konnten. FĂŒr Kompostierbarkeits- und Lebensmittelzulassungsuntersuchungen sowie Pilotanwendungen wurde eine Vorserie gefertigt. Die Ergebnisse wurden auch hier bestĂ€tigt.Nach der EU-Rahmenrichtlinie 89/109/EWG wurde von anerkannter, externer Seite die Zulassung fĂŒr den Kontakt zu Lebensmitteln bestĂ€tigt. HierfĂŒr wurden Migrationsuntersuchungen durchgefĂŒhrt. Die Ergebnisse blieben weit unter den zugelassenen Grenzwerten. FĂŒr den Kontakt mit Lebensmitteln wurden auch sensorische PrĂŒfungen von Wirtschaftsunternehmen in der GetrĂ€nke- und Molkereibranche mit Erfolg durchgefĂŒhrt. Es ergaben sich keine sensorischen Belastungen bei den Probekörpern. Lediglich eine leicht erhöhte FlĂŒchtigkeit von KohlensĂ€ure in GetrĂ€nken wurde festgestellt. FĂŒr 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 GrĂ¶ĂŸen Feuchte, Schmelzindex, Festigkeit und MolekĂŒlmasse festgestellt worden. In Diagrammen wurden Verarbeitungsbereiche, Feuchtewerte und Auswirkungen auf Festigkeit und ViskositĂ€t dargestellt. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation In einer Pilotanwendung wurde die Entwicklung des Bechers der Öffentlichkeit prĂ€sentiert. 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 BehĂ€lter geworfen und der Kompostierung zugefĂŒhrt.AnlĂ€ĂŸlich des 5. Symposiums Im Kreislauf der Natur - Naturstoffe fĂŒr 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 ÂŽ96, einer Erfindermesse in Sachsen-Anhalt, dem Fachpublikum gezeigt. FĂŒr die Leistungen auf dem Gebiet der Produktentwicklung mit nachwachsenden Rohstoffen, erhielt MAFO Systemtechnik im September 1996 den Förderpreis des Bayerischen Landwirtschaftsministeriums fĂŒr ErnĂ€hrung, Landwirtschaft und Forsten. Fazit Die erarbeiteten Ergebnisse und das prĂ€sentable Produkt sind als voller Erfolg dieses Projekt zu sehen. Im Rahmen der Aufwendungen wurde ein Produkt geschaffen, welches technisch und optisch konkurrenzfĂ€hig zu herkömmlichen Fast-food-Artikeln ist. Es kann somit gewĂ€hrleistet werden, daß bei einem Einsatz dieser Produkte dem Nutzen fĂŒr die Umwelt in voller Höhe Rechnung getragen werden kann. Es gilt nun fĂŒr die Zukunft eine wirtschaftliche Massenproduktion vorzubereiten.

Übersicht

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Bundesland

Bayern

Fördersumme

101.043,04 €

Förderzeitraum

15.08.1995 - 14.08.1996