Die Erfindung betrifft einen biologisch aibbaubaren Werkstoff auf der Basis von Schellack, ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie Verwendungen desselben.

Das Naturharz Schellack ist in Indien und China seit ca. 4.000 Jahren bekannt. In Europa wird Schellack seit gut 300 Jahren eingesetzt, zunächst zur Oberflächenbehandlung von Holz, dann aber auch für andere Einsatzzwecke, wie Druckfarben, Schallplatten, etc.. Neue Anwendungen im Nahrungsmittelbereich und in der pharmazeutischen Industrie, wie das Beschichten von Obst, Gemüse, Süßwaren, Kaffeebohnen und Tabletten haben erheblich an Bedeutung gewonnen.

Neben dem Einsatz des reinen Naturproduktes Schellack sind zur Verbesserung von dessen Eigenschaften bzw. Erzeugung neuer Eigenschaften Kαmbir.aticr.sr.arze. bestehend aus

Schellack und anderen Naturharzen bzw. synthetischen Harzen, oder Schellack-Copolymere mit diversen Monomeren, wie Methylacrylat, Methylbutadien und/oder Styrol, eingesetzt worde .

Es ist bisher aber noch nicht möglich gewesen, einen biologisch abbaubaren Werkstoff auf der Basis von Schellack zu entwickeln, der im Verpackungsbereich - sei es als Folie oder als Coating für z.B. Karton oder dergleichen - bei hohen Qualitätsanforderungen, insbesondere im Lebensmittelbereich, einsetzbar gewesen wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen biologisch abbaubaren Werkstoff auf der Basis von Schellack zu schaffen, der sich bei guter mechanischer Verarbeitbarkeit und Beibehaltung der Vorzüge des Naturproduktes Schellack, wie Lebensmittelechtheit, Geruchlosigkeit, Geschmacksneutralität und biologischer Abbaubarkeit zusätzlich durch zumindest erhöhte Flexibilität, erhöhte Adhäsion bei Verwendung als Coating, Heißsiegelbarkeit, Fett- und Säurebeständigkeit und geringe Wasserdampfdurchlässigkeit auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Werkstoff gelöst, der erhältlich ist, indem Schellack oder ein Schellackderivat, mindestens eine Cg-Ci _Q -Carbonsäure und mindestens eine Dicarbonsäure unter Säurekatalyse miteinander zur Reaktion gebracht werden.

Als C _j -Ci -Carbonsäure wird bevorzugt eine gesättigte Carbonsäure, besonders bevorzugt Octansäure eingesetzt.

Als Dicarbonsäure wird bevorzugt eine gesättigte Dicarbonsäure, besonders bevorzugt Adipinsäure eingesetzt.

Als Katalysator kann eine Carbonsäure, wie Eisessig, oder eine Mineralsäure, wie Schwefelsäure, eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß Schellack bzw. Schellackderivat einerseits und C ₆ -C ₁₀ -Carbonsäure(n) und Dicarbonsäure(n) andererseits in einem Gewichtsverhältnis von 25 : 1 bis 25 : 5 eingesetzt werden.

Dabei werden die Cg-C^p-Carbonsäure(n) und die Dicarbonsäure(n) bevorzugt in einem Gewichtsverhäitnis von 1 : 3 bis 3 : 1 eingesetzt.

Die Erfindung sieht vor, daß als weitere Komponente für die Herstellung des er indungs emäßen Werkstoffes Getreidekleber oder eine Getreidekleberfraktion eingesetzt werden kann.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Getreidekleber oder die Getreidekleberfraktion in einem Anteil, bezogen auf Schellack, von 5 bis 20 Gew.-% eingesetzt werden.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß als weitere Komponente für die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes Chitosan oder ein Chitosanderivat eingesetzt wird.

Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, daß eine wäßrige Lösung von 1 bis 3 Gew.-% Chitosan und 1 bis 3 Gew.-% Essigsäure eingesetzt wird, wobei Chitosan und Essigsäure in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 1 : 1 zueinander stehen.

Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, daß die wäßrige Lösung von Chitosan und Essigsäure in so einem

Verhältnis eingemischt wird, daß das Gewichtsverhältnis zwischen Schellack bzw. Schellackderivat und Chitosan bei 25 : 1 bis 25 : 5 liegt.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der Werkstoff außerdem einen Zusatzstoff zur Erhöhung seiner Flexibilität enthält, bevorzugt einen Weichmacher, besonders bevorzugt Glycerin, das in der bevorzugtesten Ausführungsform in einem Anteil von 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Trockensubstanz, enthalten ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Werkstoffes, bei dem der Schellack oder das Schellackderivat, die Cg-C _ιn -Carbonsäure(n) und die Dicarbonsäure(n) in einem Gewichtsverhältnis von Schellack bzw. Schellackderivat einerseits und Cg-C _j g-Carbonsäure(n) und Dicarbonsäure(n) andererseits von 25 : 1 bis 25 : 5 unter Zugabe eines Säurekatalysators zur Reaktion gebracht werden.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reaktion in einem Lösungsmittel durchgeführt, das besonders bevorzugt Methanol ist, wobei in diesem Fall die Reaktion zunächst bei einer Temperatur von 95-120°C in einem geschlossenen System unter einem Überdruck von bis zu 1,5 bar für 0,5-2 h und anschließend ohne Überdruck bei einer Temperatur von 40-75°C für 5-20 h durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft außerdem d e Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffes bzw. eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstoffes als Folienmaterial, Beschichtungsmaterial oder Mischύngskompo ente.

In einer Alternative ist vorgesehen, daß der Werkstoff in flüssiger oder gelöster Form durch Gießen, Extrudieren oder dergleichen zu Folie ausgeformt wird.

In einer. anderen Alternative ist vorgesehen, daß der Werkstoff in flüssiger oder gelöster Form zur Beschichtung von ebenfalls biologisch abbaubaren Trägermaterialien eingesetzt wird.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffes als

Beschichtungsmaterial wird dieser auf das Trägermaterial iinn eeiinneerr SSttiärke von bis zu 30 g/m 2, vorzugsweise 20 g/m2 , aufgebracht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Aufbringen des Werkstoffes eine die Adäsion des Werkstoffes erhöhende Grundierung auf das Trägermaterial aufgebracht, das besonders bevorzugt Chitosan oder ein Chitosanderivat umfaßt.

Bei Verwendung einer derartigen Grundierung wird diese bevorzugt aus einer wäßrigen Lösung von Chitosan oder einem Chitosanderivat auf das Trägermaterial aufgebracht, wobei als besonders bevorzugte Lösung eine wäßrige Lösung aus Chitosan und Essigsäure verwendet wird. Besonders bevorzugt wird eine wäßrige Lösung von 1 bis 3 Gew.-% Chitosan und 1 bis 3 Gew.-% Essigsäure auf das Trägermaterial aufgebracht wird, wobei Chitosan und Essigsäure in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 1 : 1 zueinander stehen.

Desweiteren ist erfindungsgemäß noch vorgesehen, daß die Beschichtung aus dem biologisch abbaubaren Werkstoff auf die Gfundierung aufgebracht wird, sobald diese hinreichend getrocknet ist, um einen entsprechenden weiteren

Beschichtungsauftrag zu ermöglichen.

Schließlich ist erfindungsgemäß noch vorgesehen, daß der Werkstoff in flüssiger oder gelöster Form mit anderen, ebenfalls biologisch abbaubaren Materialien gemischt wird und die Mischung dann durch Gießen, Extrudieren oder dergleichen zu Folien oder anderen Produkten ausgeformt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Werkstoff werden alle angestrebten Verbesserungen der Materialeigenschaften gegenüber bisher üblichen Werkstoffen auf der Basis von Schellack erreicht, wie sie weiter oben angegeben sind. Das erfindungsgemäße Material ist hervorragend mechanisch verarbeitbar, mit Hotmelt verklebbar, sowohl als Folie als auch als Coating siegelbar, bis 200 - 220°C hitzebestandig, mikrowellen¬ tauglich, von hervorragender Langzeitbeständigkeit, ist säure- und insbesondere fettbeständig und besitzt eine hervorragende Flexibilität, verglichen mit allen bisher bekannten Schellackmaterialien.

Der erfindungsgemäße Werkstoff ist daher in vielfältiger Weise mit Vorteil einsetzbar. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung als Folienmaterial, eine andere Möglichkeit in der Verwendung als Beschichtungsmaterial (Coating) für ebenfalls biologisch abbaubare Trägermaterialien, wie bspw. cellulosehaltige Materialien (Papier, Karton) oder stärkehaltige Materialien, wobei ein derartiges Verbundmaterial hervorragend als recyclebares und biologisch abbaubares Verpackungsmaterial, z.B. für Tief ühlverpackungen, aber auch beispielsweise für Recyclinggeschirr, hitzebeständige Menüschalen oder dergleichen eingesetzt werden kann.

Als Ausgangsmaterialien werden weitgehend handelsübliche Produkte verwendet. Eine Ausnahme stellt in diesem Zusammenhang die in einer bevorzugten Ausführungsform eingesetzte Getreidekleberfraktion dar. Hier wurde bevorzugt sogenanntes Gliadinsediment eingesetzt, dessen Herstellung in der (gleichzeitig eingereichten) deutschen

Patentanmeldung P (Anwaltsakte: B3011) beschrieben ist. Es soll aber darauf hingewiesen werden, daß mit vergleichbaren Ergebnissen auch andere Getreidekleber, wie Weizen-Vitalkleber, oder Getreidekleberfraktionen, wie Gliadin, eingesetzt worden sind.

Ohne hierauf festgelegt werden zu wollen, wird darauf hingewiesen, daß die überraschend überlegenen Produkteigenschaften des modifizierten Schellacks bzw. Schellackderivats vermutlich darauf beruhen, daß nach der Reaktion unter den angegebenen Bedingungen die eingesetzte C ₆ -C _lfJ -Carbonsäure zum Teil als Vernetzungsmittel, zum Teil aber auch als Weichmacher fungiert, und die Dicarbonsäure eine ausgeprägte Vernetzungsfunktion erfüllt. Die vorteilhaften Eigenschaften des Werkstoffes können durch den Zusatz der fakultativen weiteren Komponenten Getreidekleber/ Getreidekleberfraktion und/oder Chitosan/Chitosanderivat und/oder Weichmacher insbesondere noch im Hinblick auf die Flexibilität der Folie bzw. des Coatings und die Verarbeitbarkeit des Materials hin optimiert werden. Es sei aber ausdrücklich hervorgehoben, daß bereits mit dem biologisch abbaubaren Werkstoff gemäß Patentanspruch 1 herausragende Ergebnisse im Vergleich zu bekannten Werkstoffen erreic t werden können.

Im Hinblick auf die bevorzugt aufgebrachte Grundierung sei darauf hingewiesen, daß diese nicht zwingend notwendig ist, da auch bereits der Werkstoff an sich eine gute Adhäsion auf allen getesteten Materialien zeigt. Bei

Trägermaterial schlechter Qualität, bei dem an der Oberfläche Fasern hervorstehen, kann allerdings die Homogenität des Coatings mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff dadurch erhöht werden, daß die erfindungsgemäß vorgesehene Grundierung aufgebracht wird, wobei bevorzugt ebenfalls eine Grundierung aus einem biologisch abbaubaren Werkstoff verwendet wird, wie dies erfindungsgemäß mit der besonders bevorzugten Schicht aus Chitosanacetat vorgesehen ist. Obgleich grundsätzlich jede andere Art von Grundierung den angestrebten Zweck ebenso erfüllen kann, scheint die erfindungsgemäß eingesetzte Chitosanacetat- Grundierung insofern noch besonders vorteilhaft zu sein, als es offensichtlich bei deren Verwendung zwischen der Grundierungsschicht und der eigentlichen Coatingschicht noch zu Koazervatbildung zwischen den Schichten kommt, durch die die Adhäsion des Coatings verbessert wird.

Der in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Zusatz von Weichmacher kann ggf. dann besonders sinnvoll sein, wenn der Werkstoff als Coating auf Kartonmaterial eingesetzt wird, das anschließend durch Rillen, Falten oder dergleichen, weiterverarbeitet wird. Derartige Vorgänge, die üblicherweise von der Kartonseite her erfolgen, erzeugen auf der Coatingseite-Wülste, die eine besonders starke Flexibilität des Coating Materials als besonders vorteilhaft erscheinen lassen.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung werden im folgenden noch zwei Herstellungsbeispiele für den erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Werkstoff angegeben, die aus der Fülle der getesteten Materialien herausgegriffen sind.

Beispiel 1

25 Gewichtsteile nicht-derivatisierter, handelsüblicher Schellack wird in 79 Gewichtsteilen Methanol gelöst. Hierzu werden l Gewichtsteil Octansäure, 2 Gewichtsteile Adipinsaure, 1 Gewichtsteil Eisessig als Katalysator und 2 Gewichtsteile Gliadinsediment zugegeben. Die Mischung wird zunächst in einem geschlossenen System bei einem Oberdruck von ca. 1 bar bei 105°C für ca. 2 h und anschließend bei 60°C ohne Druck für ca. 14 h erhitzt.

Die Reaktionsmischung wird anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt und mit einer üblichen Lackiermaschine in einer

2 Stärke von 20 g/m auf Kartonmaterial aufgebracht, das nach

Aushärten des Coatings, d.h. Verdampfen des Lösungs¬ mittels, entsprechenden Qualitätstests unterzogen wird, wobei die oben angegebenen vorteilhaften Eigenschaften festgestellt werden.

In einer Variante wird vor dem Aufbringen des Coatings eine wäßrige Lösung mit 2 Gew.-% Chitosan und 3 Gew.-% Essigsäure auf das Grundmaterial aufgebracht und dieses Grundmaterial bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur getrocknet, woraufhin das Coating in der oben beschriebenen Art und Weise auf die Grundierung aufgebracht wird.

Beispiel 2

25 Gewichtsteile nicht-derivatisierter, handelsüblicher Schellack wird in 80 Gewichtsteilen Methanol gelöst. 2 Gewichtsteile Octansäure, 1,5 Gewichtsteile Adipinsaure, 1 Gewichtsteil Schwefelsäure als Katalysator und 1 Gewichtsteil Gliadinsediment werden zugegeben. Die weitere Reaktionsführung und Verarbeitung erfolgt wie in Beispiel 1 angegeben.

Zur Erhöhung der Flexibilität werden in einer weiteren Variante nach Abschluß der Reaktion und Abkühlung der Reaktionsmischung auf Raumtemperatur 10 Gew.-% Glycerin zugegeben, bevor die methanolische Werks offlösung auf das Grundmaterial aufgebracht wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß sowohl der Werkstoff von Beispiel 1 als auch der Werkstoff von Beispiel 2 ohne weiteres zur Herstellung von Folien in der oben näher beschriebenen Art und Weise mit jeden beliebigen Verfahren geeignet ist.

Der erfindungsgemäße Werkstoff erfüllt sämtliche weiter oben genannten Anforderungen in hervorragender Weise. Besonders überraschend ist der hohe Grad an Flexibilität und Adhäsion auf dem Grundmaterial, sowie die hohe Fettbeständigkeit, die geringe Wasserdampfdurchlässigkeit und die hervorragende Heißsiegelbarkeit.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.