Обвязочные ленты из возобновляемого сырья

Изобретение относится к экструдируемой и свариваемой сама с собой обвязочной ленте из материала, который содержит возобновляемое сырье, а также способу ее изготовления и способу обвязывания объекта. Указанное возобновляемое сырье представляет собой полимолочную кислоту (PLA), которая по меньшей мере на 90% состоит из L-молочной кислоты, при этом возобновляемое сырье модифицировано связывающим реагентом, выбранным из группы, в которую входят производные малеиновой кислоты, производные глицидилметакрилата, производные метакриловой кислоты, кремнийорганические соединения, производные винилацетата или смеси указанных соединений. Обвязочная лента по изобретению является биологически разлагаемой, при этом она является стойкой к гидролизу и к растяжению, а также формоустойчива при нагревании. 3 н. и 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к экструдируемой и свариваемой сама с собой обвязочной ленте из материала, содержащего возобновляемое сырье, а также способу ее изготовления и способу обвязки объекта.

В середине 90-х годов были разработаны ленты для упаковочных целей, которые состояли из биологически полностью разлагаемых материалов. Эти ленты содержали в основном крахмал. Эти ленты в принципе могли и свариваться сами с собой. Вследствие плохой термической устойчивости крахмала эти ленты в качестве обвязочной ленты, однако, были совершенно непригодны, так как место сварки при обычной для обвязочных лент растягивающей нагрузке разрывалось. Из-за того, что крахмал относится к полисахаридам, эти ленты предшествующего уровня техники были также неустойчивы к гидролизу и имели низкую формоустойчивость при нагревании. В техническом крахмале, к тому же, обычно содержится очень большая доля других компонентов, таких как полигидроксимасляная кислота, что является причиной других недостатков. Разработанные в прошлом ленты были непригодны в качестве обвязочных лент (см. DE 29520448 U1, DE 29520449 U1 или же EP 0799335 B1).

DE 19654030 C2 описывает текстильный носитель для живых организмов, в котором предусмотрена шнурообразная трехмерная петельная структура из полиэтилена. Этот полиэтилен описывается в строке 35 столбца 2 в качестве типичного материала обвязочных лент для упаковочных автоматов. Кроме этого материала для петлевой структуры являющийся объектом изобретения носитель для организмов имеет также текстильную структуру, которая должна служить поверхностью для обитания микроорганизмов. Эта текстильная структура может состоять из разлагаемого органического вещества (столбец 1, строка 18). Специалисту того времени, несмотря на четко поставленную задачу, не пришло на ум, использовать разлагаемый органический материал также и для шнурообразной петлевой структуры. Это указывает на то, что очевидно было предубеждение против того, чтобы использовать органические разлагаемые материалы для обвязочных полос.

DE 4446054 A1 описывает высокопрочные нити из возобновляемых материалов на основе крахмала. В качестве возможных объектов использования на странице 4 в строке 46 упоминаются также наряду с прочими обвязываемые бандероли. Тканевые обвязываемые бандероли наряду и их трудоемким способом изготовления имеют, однако, различные недостатки, поэтому они не смогли утвердиться.

Задача настоящего изобретения состоит поэтому в том, чтобы предложить обвязочную ленту, которая может свариваться сама с собой так, что после этого она имеет необходимую для использования в качестве обвязочной ленты стойкость к растяжению и необходимые формоустойчивость при нагревании и стойкость к гидролизу и в то же время является насколько возможно биологически разлагаемой.

Лежащая в основе изобретения задача в первом варианте осуществления решается за счет экструдируемой и свариваемой сама с собой обвязочной ленты из материала, который содержит возобновляемое сырье и при определенных условиях является биологически разлагаемым.

Впервые удалось, таким образом, предоставить для использования биологически разлагаемые обвязочные ленты, которые имеют требующиеся для использования в качестве обвязочной ленты стойкость к гидролизу и формоустойчивость при нагревании, а также стойкость к растяжению.

Предпочтительно возобновляемое сырье выбирают из группы, включающей целлюлозу, сложный полиэфир, полиамид, алифатический полиэфирамид, полигидроксиалканоат, поливиниловый спирт, полиалкиленгликоль, лигнин или оно представляет собой содержащий, по меньшей мере, одно из этих соединений сополимер или смесь, или производное указанных соединений. В отличие от известных до сих пор пакетных лент на основе крахмала впервые удалось, таким образом, получить биологически разлагаемые обвязочные ленты, которые имеют очень высокую стойкость к гидролизу и высокую формоустойчивость при нагревании. Крахмал как полисахарид имеет и еще один недостаток, заключающийся в том, что пакетные ленты из крахмала, например, при сварке термически разлагались и вследствие этого точки сварки становились в некотором роде заданными местами разрушения. Эти недостатки данным предпочтительным вариантом осуществления удалось преодолеть. Поэтому доля крахмала в соответствующей изобретению обвязочной ленте также предпочтительно составляет не более 10 вес.%, особенно предпочтительно не более 5 вес.%. Наиболее предпочтительно соответствующая изобретению обвязочная лента вообще не содержит крахмала. Другим недостатком основанных на крахмале и известных из уровня техники упаковочных лент было также то, что технический крахмал обычно более чем на 50 вес.% состоит, например, из полигидроксимасляной кислоты.

Предпочтительно возобновляемое сырье представляет собой алифатический сложный полиэфир, особенно предпочтительно полимолочную кислоту (PLA), полибутилен-сукцинат (PBS) или смеси или производные указанных соединений. Эти особые алифатические сложные полиэфиры оказались особенно предпочтительными, так как получаемые из них обвязочные ленты имеют особенно хорошую стойкость к гидролизу и высокую формоустойчивость при нагревании.

Полимолочная кислота состоит предпочтительно, по меньшей мере, на 40 вес.%, особенно предпочтительно, по меньшей мере, на 70 вес.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 90 вес.% из L-молочной кислоты. К удивлению, оказалось, что таким путем удалось добиться особенно высокой степени кристаллизации, поэтому эти ленты могли особенно хорошо растягиваться. Ленты с повышенным содержанием D-кислоты скорее проявляли себя как аморфный полимер, который был не способен к растяжению.

Возобновляемое сырье предпочтительно модифицировано соединяющим реагентом, который выбран из группы, включающей производные малеиновой кислоты, производные глицидилметакрилата, производные метакриловой кислоты, кремнийорганические соединения, производные винилацетата или является смесями указанных соединений. Кремнийорганическими соединениями могут быть, прежде всего, производные силана, как например VTMS (винилтриметоксисилан). Благодаря этому можно получать совершенно новое исходное вещество, которое удивительно хорошо подходит для использования в качестве обвязочной ленты. Прежде всего, посредством этого можно модифицировать имеющий иначе недостатки крахмал таким образом, что он может быть пригоден даже для использования в качестве обвязочной ленты.

Предпочтительно материал обвязочной ленты содержит по меньшей мере 10 вес.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 70 вес.% возобновляемого сырья. Благодаря этому появляется гарантия, что обвязочная лента биологически разлагается особенно хорошо.

Предпочтительно обвязочная лента растянута, в частности растянута моноаксиально, наиболее предпочтительно растянута, по меньшей мере, в пропорции 1:3. Благодаря этому можно оказать особенно благоприятное влияние на особенно важные для обвязочной ленты свойства, такие как стойкость к растяжению, сопротивление разрыву и растяжимость. Ширина соответствующей изобретению обвязочной ленты находится, например, в диапазоне от 3 мм до 50 мм, особенно предпочтительно в диапазоне от 4 мм до 32 мм. Толщина соответствующей изобретению обвязочной ленты находится, например, в диапазоне от 0,2 мм до 2 мм, особенно предпочтительно в диапазоне от 0,4 мм до 1,5 мм. При этом поверхность ленты может быть, например, или гладкой или шероховатой от штампованного профиля. Обвязочная лента обычно длиной 1000-8000 м наматывается на катушку. Такие размеры особенно хорошо соответствуют назначению обвязочной ленты, а именно автоматической обвязке предметов с помощью полуавтоматических или полностью автоматических обвязывающих устройств.

Объемная скорость течения расплава (MVR) согласно DIN EN ISO 1133 находится при 190°C и 2,16 кг, например, в диапазоне от 3 до 8. Температура стеклования возобновляемого сырья находится, например, в диапазоне от 50°C до 80°C. Плотность возобновляемого сырья находится, например, в диапазоне от 1,1 г/см³ до 1,4 г/см³. Точка плавления возобновляемого сырья находится, например, в диапазоне от 130°C до 200°C. Эти свойства возобновляемого сырья оказались особенно соответствующими тому, чтобы получить легко изготовляемую обвязочную ленту с хорошими механическими свойствами.

Предпочтительно средневзвешенная молекулярная масса M_w возобновляемого сырья находится в диапазоне от 20000 г/моль до 300000 г/моль, особенно предпочтительно в диапазоне от 100000 г/моль до 220000 г/моль. Такие виды возобновляемого сырья приводят удивительным образом к обвязочным лентам с особенно сбалансированным соотношением между малой ломкостью и высокой стойкостью к растяжению.

Доли обычных дополнительных веществ, добавок или прочих модификаторов могут составлять, например, до 0-90 вес.%, особенно предпочтительно до 0,5-2 вес.%.

Материал обвязочной ленты может наряду с содержащимся в количестве до 10-90 вес.% возобновляемым сырьем содержать другие термопластичные и при определенных условиях биологически разлагаемые материалы.

Возобновляемое сырье может также представлять собой сополимер, в частности сополимер полимолочной кислоты. При этом доля мономера L-молочной кислоты в предшествующем полимолочной кислоте продукте предпочтительно составляет больше 10%, особенно предпочтительно больше 50%, наиболее предпочтительно больше 90%.

Предпочтительно содержание волокна в соответствующей изобретению обвязочной ленте составляет не более 10 вес.%, особенно предпочтительно не более 1 вес.%. Наиболее предпочтительно, если обвязочная лента вообще не содержит волокон. Благодаря этому можно избежать неравномерности проявления свойств, в частности при переработке волокон вместе с термопластичными материалами, например, из-за воздушных включений.

Соответствующая изобретению обвязочная лента сваривается, например, ультразвуковой сваркой, лазерной сваркой, сваркой трением и/или контактной сваркой.

Соответствующая изобретению обвязочная лента может быть, например, тисненой или же гладкой.

В еще одном варианте осуществления лежащая в основе изобретения задача решается за счет способа изготовления соответствующей изобретению обвязочной ленты, отличающегося тем, что осуществляют, по меньшей мере, следующие стадии:

a) расплавляют и экструдируют материал, который содержит возобновляемое сырье,

b) охлаждают расплав в жидкости или газе, и

c) растягивают, фиксируют и/или охлаждают полученную ленту.

При этом температура экструзии находится, например, в диапазоне 170-250°C, особенно предпочтительно в диапазоне 190-220°C. В качестве сырья может использоваться гранулят. Может использоваться одношнековый или двухшнековый экструдер. При экструзии для формования можно использовать щелевую фильеру.

Предпочтительно экструдат непосредственно после экструзии направляется в водяную ванну. Эта водяная ванна имеет, например, температуру в диапазоне от 5°C до 75°C. Например, затем обвязочная лента может подвергаться моноаксиальному растяжению в разных жидкостях или газах. Особенно предпочтительно растяжение может происходить на воздухе или в воде. Например, обвязочная лента растягивается в пропорции от 1:3 до 1:8. В последующем образовавшаяся лента может при определенных обстоятельствах подвергается тиснению.

Затем обвязочная лента может фиксироваться на воздухе и охлаждаться на воздухе или в водной среде и после этого при необходимости наматываться.

В еще одном варианте осуществления лежащая в основе изобретения задача решается с использованием способа для обвязки объекта соответствующей изобретению обвязочной лентой, отличающегося тем, что обвязочную ленту размещают вокруг объекта так, чтобы обвязочная лента в одном месте перекрывалась сама собой, а затем в этом месте перекрывающие друг друга места обвязочной ленты сваривают между собой.

Сварка может происходить с использованием методов сварки трением, лазерной сварки или сварки нагретым клином. Особенно предпочтительно перекрывающиеся места свариваются друг с другом методом ультразвуковой сварки.

До сих пор было практически невозможно подвергать сварке прежде всего растянутое возобновляемое сырье и, в частности, алифатический сложный полиэфир, как, например полимолочную кислоту. Было предубеждение, что тем самым термически разлагались бы именно материалы из возобновляемого сырья и механические свойства ухудшались бы настолько сильно, что использование обвязочной ленты становилось бы тогда уже невозможным. Теперь неожиданно было установлено, что материалы из возобновляемого сырья могут свариваться посредством ультразвуковой сварки, не теряя принципиальной пригодности в качестве обвязочной ленты с необходимой, например, для этого высокой стойкостью к растяжению.

Вариант осуществления

Гранулят полимолочной кислоты (PLA полимер 4032D фирмы Nature Works), который является L-полимолочной кислотой, расплавляли и экструдировали при 220°C через щелевую фильеру одношнекового экструдера. Экструдат направлялся в водяную ванну с температурой 50°C и затем растягивался на воздухе в пропорции 1:4. В последующем образовавшаяся лента фиксировалась и охлаждалась на воздухе, а затем наматывалась. Этой образовавшейся обвязочной лентой затем в опытном порядке обвязывалась обычная коробка для переездов таким образом, что лента размещалась вокруг упаковочной картонной коробки, чтобы перекрытие концов обвязочной ленты составляло 2 см. Перекрывающиеся концы обвязочной ленты сваривали друг с другом ультразвуковой сваркой. В целом, производственные параметры и, в частности, толщина и ширина щелевой фильеры при экструдировании выбирались так, чтобы после растяжения образовывалась обвязочная лента толщиной 0,7 мм и шириной 12 мм.

Изготовленная в соответствии с изобретением обвязочная лента на поверхности была тесненной и имела прочность на разрыв больше чем 145 Н/мм² (по DIN 53504). Разрывное удлинение составило меньше 20% (по DIN 53504). Разложения в результате гидролиза не выявлено. Полученная обвязочная лента была устойчивой к гидролизу. Кроме того, полученная обвязочная лента до 70°C была формоустойчивой при нагревании.

1. Экструдированная и свариваемая сама с собой обвязочная лента из материала, который содержит возобновляемое сырье, причем указанное возобновляемое сырье представляет собой полимолочную кислоту (PLA), которая по меньшей мере на 90 вес.% состоит из L-молочной кислоты, и указанное возобновляемое сырье модифицировано связывающим реагентом, который выбран из группы, в которую входят производные малеиновой кислоты, производные глицидилметакрилата, производные метакриловой кислоты, кремнийорганические соединения, производные винилацетата или смеси указанных соединений.

2. Обвязочная лента по п. 1, отличающаяся тем, что материал содержит по меньшей мере 10 вес.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 70 вес.% возобновляемого сырья.

3. Обвязочная лента по п. 1, отличающаяся тем, что она растянута, в частности растянута моноаксиально, особенно предпочтительно растянута в пропорции по меньшей мере 1:3.

4. Обвязочная лента по п. 1, отличающаяся тем, что средневзвешенная молекулярная масса M_w возобновляемого сырья находится в диапазоне от 20000 до 300000 г/моль, особенно предпочтительно в диапазоне от 100000 до 220000 г/моль.

5. Обвязочная лента по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что содержание волокна составляет не более 10 вес.%, особенно предпочтительно не более 1 вес.%.

6. Способ изготовления обвязочной ленты по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что выполняют, по меньшей мере, следующие стадии:
a) расплавляют и экструдируют материал, который содержит возобновляемое сырье,
b) охлаждают расплав в жидкости или газе,
c) растягивают, фиксируют и/или охлаждают полученную ленту.

7. Способ обвязки объекта обвязочной лентой по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что обвязочную ленту располагают вокруг объекта так, чтобы обвязочная лента, по меньшей мере, в одном месте перекрывалась сама собой, и затем на этом месте сваривают перекрывающие друг друга места обвязочной ленты друг с другом.

8. Способ обвязки по п. 7, отличающийся тем, что перекрывающие друг друга места сваривают методами сварки нагретым клином, сварки трением или лазерной сварки и особенно предпочтительно методом ультразвуковой сварки.