Projekt 09194/01

Hydrophobierung und biologische Abbaubarkeit von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen

Projektträger

Technische Universit√§t DresdenInstitut f√ľr Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik
Bergstr. 120, Zi. 8
01062 DresdenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Substitution von Kunststoffen durch umweltfreundliche, biologisch abbaubare Materialien erfolgt nur sehr z√∂gernd, da z. B. Produkte auf St√§rkebasis u. a. eine geringe Feuchtigkeitsstabilit√§t besitzen. Durch gezielte Hydrophobierungsma√ünahmen soll dieser Mangel behoben werden, wobei jedoch die Kompostierbarkeit bzw. biologische Abbaubarkeit gew√§hrleistet bleiben mu√ü. Somit sollte eine schadstofffreie R√ľckf√ľhrung der nicht mehr ben√∂tigten Produkte in den nat√ľrlichen Stoffkreislauf m√∂glich sein. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenSt√§rke l√§√üt sich druckthermisch zwischen erhitzen Platten zu Formk√∂rpern f√ľr Verpackungszwecke verfestigen (Waffelbacktechnik). Zur Ver√§nderung der Produkteigenschaften mit dem Ziel der Hydrophobierung m√ľssen verschiedene M√∂glichkeiten untersucht und √ľberpr√ľft werden. Hierzu werden von der UCT in Absprache mit der TUD entsprechende Zusatz- und Oberfl√§chenbehandlungsstoffe ausgew√§hlt und vorbereitet. Die TUD wird die Verarbeitbarkeit dieser Stoffe sowie die Festigkeitseigenschaften und das Wasseraufnahmeverhalten hergestellter Produkte √ľberpr√ľfen. Parallel dazu laufen Untersuchungen zur biologischen Abbaubarkeit. Nach entsprechender R√ľckkopplung sind die verschiedenen Zus√§tze und Verfahren einzugrenzen und zu optimieren. Zur Beschreibung des druckthermischen Formgebungsprozesses werden die thermodynamischen und rechentechnischen Erfahrungen der TUP zur Proze√überechnung und -auslegung genutzt. Experimentelle Untersuchungen werden an der TUP nicht durchgef√ľhrt. In Absprache mit der TUP stellt die TUD Me√üdaten zur Verf√ľgung. Mathematische Ergebnisse und experimentelle Daten m√ľssen laufend √ľberpr√ľft und korrigiert werden. TUD und IBN entwickeln gemeinsam eine Technologie zur Herstellung von Formk√∂rpern in Umsetzung der ermittelten L√∂sungswege. Durch das IBN wird f√ľr die praktische √úberf√ľhrung das optimale technologische Verfahren bestimmt und die Kooperation zu Industriepartnern aufgebaut. Im Ergebnis der Untersuchungen sind f√ľr Verpackungsprodukte L√∂sungen zu finden, die eine hinreichende Feuchtigkeitsstabilit√§t bei noch akzeptabler biologischer Abbaubarkeit besitzen. Ergebnisse und Diskussion Zur Erh√∂hung der Feuchte- und Wasserbest√§ndigkeit der Formk√∂rper sind grunds√§tzlich zwei Wege m√∂glich: 1. Hydrophobierung von innen, d. h. Zusatz von hydrophoben bzw. reaktiven Stoffen, 2. Hydrophobierung von au√üen, d. h. Aufbringen einer weitgehend wasserundurchl√§ssigen Barriereschicht. Zun√§chst wurde versucht, die Feuchte- und Wasserstabilit√§t durch Zugabe von hydrophoben und reaktiven Stoffkomponenten zu erh√∂hen. Zahlreiche Stoffe wurden durch die TUD und das IBN getestet. Es zeigte sich, da√ü die Wirkung der verwendeten Stoffe begrenzt ist. Mit ausgew√§hlten Stoffen kann eine geringe Hydrophobierungswirkung erzielt werden, die f√ľr begrenzte Anforderungen, z. B. kurzzeitigen Wasserkontakt, ausreichend ist. Jedoch sind die Einsatzmengen an hydrophoben bzw. reaktiven Ma-terialien, mit denen noch eine gute Produktqualit√§t erzielt werden kann, so limitiert, da√ü das Anl√∂sen der Formk√∂rperoberfl√§che bei Wasserkontakt nicht verhindert werden kann. Die Verwendung dieser Stoffe f√ľhrte teilweise schon bei geringen Konzentrationen zu einer schlechteren Produktqualit√§t. Der Einsatz von reaktiven Stoffen ergab, da√ü der notwendige Reaktionsablauf unter den gegebenen Proze√übedingungen nicht m√∂glich ist. Durch eine geeignete Beschichtung k√∂nnen hingegen die Wasser- und Feuchtebest√§ndigkeit deutlich verbessert werden. Eine g√ľnstige M√∂glichkeit zum Beschichten bietet dabei die Verwendung einer L√∂sung oder Dispersion. Durch die Art und Konzentration des film-bildenden Stoffs k√∂nnen die Auftragsmenge bemessen und die Produkteigenschaften variiert werden. Die Beschichtung mit einem Copolyamid, welches an der UCT hergestellt wurde, lieferte positive Ergebnisse. Bereits bei einer sehr geringen Beschichtungsmenge ist eine sehr gute Wasserresistenz erzielbar. Die Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit erfolgte mittels Screening-Tests. Demnach sind die St√§rkeformk√∂rper gut biologisch abbaubar. F√ľr das Copolyamid, welches sich als schwer abbaubar erwies, ist noch zu kl√§ren, ob die biologische Abbaubarkeit dieses Materials der g√ľltigen DIN-Norm ent-spricht. Im Rahmen des Projektes wurde weiterhin ein thermophysikalisches Modell zur mathematischen Beschreibung des Prozesses der druckthermischen Verfestigung und Formgebung erarbeitet. Dieses Modell und zahlreiche Messungen zum Proze√üablauf erm√∂glichen, bestimmte Proze√üparameter im voraus zu bestimmen. Dies ist besonders f√ľr die praktische Proze√ügestaltung von Bedeutung. F√ľr die Einf√ľhrung der erforderlichen Technologie in die Praxis und die Vermarktung dieser Produkte wurden Kontakte mit Interessenten aus verschiedenen Bereichen gekn√ľpft, die auch nach Projektabschlu√ü fortgef√ľhrt und pr√§zisiert werden. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Publikationen (in Vorbereitung) - M√∂glichkeiten der Hydrophobierung von Formk√∂rpern auf St√§rkebasis. - Bewertung der funktionellen Eigenschaften von Formk√∂rpern auf St√§rkebasis. - Untersuchungen zum Proze√ü der druckthermischen Verfestigung zur Herstellung von St√§rkeformk√∂rpern. Vortr√§ge - Verfahren zur Herstellung por√∂ser Formk√∂rper auf St√§rkebasis Arbeitssitzung des GVC-Fachausschusses Lebensmittelverfahrenstechnik in Z√ľrich, M√§rz 1999 - in Vorbereitung: Thermal Pressure Forming of Starch Based Packaging Materials 2nd European Congress of Chemical Engineering ECCE-2 in Montpellier, Frankreich, Oktober 1999 Poster - II. Internationale Fachkonferenz des Forschungsverbundes Mittel- und Osteuropa in Dresden, September 1998 - TERRATEC in Leipzig, M√§rz 1999 - Tagung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt in Dresden, Juli 1999 - Pressemitteilung und Ver√∂ffentlichungen in Tageszeitungen, Rundfunk- und Fernsehsendern Fazit Mit den Projektergebnissen k√∂nnen neue Einsatzfelder f√ľr Formk√∂rper auf St√§rkebasis abgesteckt werden. So ist sowohl ein Einsatz im Lebensmittelbereich z. B. als Verpackungsschale oder Geschirr f√ľr den Catering-Bereich als auch die Verwendung als Transportschutz im technischen Bereich m√∂glich. Jedoch ist bei einer Produktionseinf√ľhrung eine gezielte Optimierung der Produkteigenschaften bezogen auf den speziellen Anwendungsfall erforderlich. Aufgaben, die sich bei der √úberf√ľhrung in den technischen Ma√üstab ergeben, sind entsprechend der anzuwendenden Verfahren noch zu l√∂sen.

√úbersicht

Telefon

0351/463-4985

Telefon

0351/463-4985

Bundesland

Sachsen

Fördersumme

226.706,82 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.03.1997 - 24.01.2000