Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbauba ren Formteilen wie Folien und Fasern sowie derartige Formteile.

Unter dem Ausdruck "biologisch abbaubar" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeder Abbauprozess durch Mikroorganismen oder deren Enzyme zu verstehen, gemäß dem die in den Formteilen vorhandene Molekülstruktur aufgespalten wird. Ein Beispiel eines solchen biologischen Abbauprozesses ist die (menschliche oder tierische) Verdauung. Insbesondere unterfällt auch die biologische Lyse diesem Begriff.

Polymere haben seit ihrer erstmaligen chemischen Synthese eine rasante Verbreitung in Industrieprodukten der verschiedensten Arten erfahren. Die Entwicklung immer neuer Polymere führte zu vielseitig einsetzbaren Kunststoffen einer großen Varietät von Eigenschaften wie Temperaturbeständigkeit, Formbarkeit, Wärmeleitfähigkeit und dergleichen.

In jüngster Zeit wurde der Fokus neuer Entwicklungen verstärkt auf sogenannte "Biopolymere" gerichtet, worunter erstens aus erneuerbaren Rohstoffen synthetisierte Polymere verstanden werden, und zweitens biologisch abbaubare Kunststoffe (plastics). Zwischen beiden Arten von Biopolymeren existiert eine Schnittmenge, also solche Polymere auf der Basis von natürlich nachwachsenden Rohstoffen, welche auch biologisch abbaubar sind. Alle diese Arten von Biopolymeren sind gegenwärtig Gegenstand intensiver Forschungen, um umweltverträgliche Rohstoffe für Industrieprodukte bereitzustellen. Beispiele solcher Einsätze sind insbesondere Verpackungsfolien oder Fasern für die Verwendung in der Textilherstellung.

Der Ausdruck "Biopolymer", wie er nachstehend zur Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt wird, ist an die erste der genannten Definitionen angelehnt und beschreibt mithin ein aus erneuerbaren Rohstoffen synthetisiertes Polymer. Für verschiedene Anwendungen von Biopolymeren werden unterschiedliche Stabilitätsdauern erwünscht, d.h. die Anforderungen an den Widerstand, den ein solches Polymer seinem mikrobakteriellen bzw. enzymatischen Abbau entgegensetzt, differieren je nach Art und Einsatz des daraus hergestellten Formproduktes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Bedürfnissen Rechnung zu tragen und ein Verfahren zur Herstellung biologisch abbaubarer Formteile anzugeben, mit dem sich die Stabilitätsdauer derartiger Formteile auf einen gewünschten Bereich einstellen lässt. Des Weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Formteil anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie ein Polymerformteil nach Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Formteils weist folgende Schritte auf:

- Bereitstellen eines Binders, welcher ein lysierbares Biopolymer enthält;

- Ausbilden eines Formteils aus dem Binder; wobei die zeitliche Stabilität des Formteils gegenüber biologischer Lyse durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen eingestellt wird: a) Zugabe eines pulverisierten anorganischen Feststoffes in einem Anteil 25 zwischen 5% und 85% der Masse des Binders vor dem Ausbilden des Formteils; b) Aufrauen mindestens einer der Oberflächen des Formteils mittels eines chemischen oder biologischen Verfahrens, so dass die Oberfläche eine Strukturierung im Bereich zwischen 1 nm und 1 Oμm aufweist.

Die Erfindung betrifft somit das die Steuerung der biologischen Abbaubarkeit in zeitlicher Dimension. Mit Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Erzeugnisse können somit bezüglich ihrer Haltbarkeit bzw. Lebensdauer den spezifischen Bedürfnissen der beabsichtigten Verwendung angepasst werden.

Das Verfahren zielt in einer Ausführungsform darauf ab, die Oberfläche eines Formteils, welches ein lysierbares Biopolymer enthält, gezielt zu strukturieren, um die gewünschte Abbaubarkeit im Hinblick auf die Zeitdauer des Abbauvorgangs einzustellen. Hierbei kommt der sogenannte "Lotuseffekt" zur Anwendung, welcher durch das vorliegende Verfahren für den Zweck des gesteuerten biologischen Abbaus eingesetzt wird. Mit dem Ausdruck "Lotuseffekt" wird die Tatsache beschrieben, dass bei einer im Mikro- bzw. im Nanobereich strukturierten Oberfläche diese eine geringe Benetzbarkeit aufweist. Wasser sowie andere 5 Flüssigkeiten, die sich auf der Oberfläche absetzen, bleiben dort nicht oder nur in geringem Maße haften und perlen stattdessen ab.

Der Lotuseffekt kann einerseits durch Zudosierung eines pulverisierten Feststoffes, insbesondere eines anorganischen Feststoffes, zum Binder erreicht werden. Die Partikelgröße

10 des pulverisierten Feststoffes liegt dabei etwa im Bereich von wenigen Nanometer bis einigen Mikrometer. Insbesondere kann die Partikelgröße im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 10 μm liegen. In diesem Zusammenhang soll unter "Partikelgröße" die durchschnittliche Partikelgröße des pulverisierten Feststoffes, wie z.B. Knochenmark, Hydroxylapatit, Diatomeen ®, Federstaub (pulverisierte Vogelfedern), Kieselgur und/oder Tonerde,

15. verstanden werden. Handelt es sich um Nanopartikel, so liegt die durchschnittliche Partikelgröße unter 1 μm, besonders bevorzugt unter 100 nm. Die Mikro- oder Nanopartikel im Binder bewirken eine Strukturierung der Oberfläche des herzustellenden Formteils, so dass der vorstehend beschriebene Lotuseffekt ausgebildet wird. Generell gilt, dass das Formteil eine umso größere Dichte erhält, je kleiner die darin enthaltenen pulverisierten 0 Feststoffpartikel sind. Eine größere Dichte wirkt dahingehend, dass die Lysierfähigkeit des Formteils abnimmt, d.h. die Dauer bis zur vollständigen Auflösung des Formteils wächst. Dieser Effekt tritt zusätzlich zu dem genannten Lotuseffekt auf.

Vorzugsweise liegen die Pulver für die Beimischung zum Binder in hochreiner Form vor. Der • 5 pulverisierte Feststoff ist demnach vorzugsweise nahezu frei von Verunreinigungen (Reinheit >99,9%) bzw. Fremdstoffen.

Eine weitere Möglichkeit zur gezielten Ausbildung des Lotuseffekts auf einem Formteil besteht darin, dass die fertige Formteiloberfläche mittels eines physikalischen oder 0 chemischen Behandlungsverfahrens strukturiert wird. Unter der Vielzahl an Oberflächenbearbeitungsverfahren sind solche geeignet, die es erlauben, auf der Oberfläche des Bindermaterials eine Struktur mit der gewünschten feinen Oberflächenrauhigkeit zu erzielen. Hierfür kommt z.B. eine Behandlung der Oberfläche mit UV-Strahlung oder Isotopenstrahlen als physikalische Oberflächenbearbeitungsverfahren in Frage. Auch eine pyrolytische Beschichtung der Formteiloberflächen stellt ein geeignetes Verfahren dar, um die Oberflächenstrukturen im Mikrobereich oder im Nanobereich aufzubringen.

Eine pyrolytische Beschichtung erfolgt im Allgemeinen bei einem Temperaturbereich zwischen etwa 500°C und etwa 900°C. Das heiße pulverisierte Material mit Partikeln im Größenbereich von einigen Nanometer bis einigen Mikrometer kann auf das Formteil, das sich ebenfalls im erhitzten Zustand befindet, beispielsweise aufgesprüht werden.

Im Unterschied zu den beiden genannten Oberflächenbehandlungsverfahren der Bestrahlung mit UV-Licht oder Ionenstrahlen handelt es sich somit bei der pyrolytischen Beschichtung um ein Verfahren, bei dem nicht die bestehende Oberfläche aufgeraut wird, sondern eine weitere Oberflächenschicht auf die bestehende Oberfläche aufgebracht wird. Neben der pyrolytischen Beschichtung können selbstverständlich auch andere geeignete Beschichtungsverfahren eingesetzt werden.

Eine Pyrolyse kann aber auch als isoliertes Verfahren (d.h. nicht im Zusammenhang mit einer Beschichtung) zur Strukturierung der Oberfläche eingesetzt werden. Dabei werden durch die Erhitzung Vertiefungen in das Formteil eingebrannt. Bei dünnen Folien oder Hohlfasern ist auch ein Durchpyrolysieren d.h. die Ausbildung von Löchern anstelle bloßer Vertiefungen möglich.

Schließlich kann auch eine Oberflächenbehandlung mit Gerbsäuren, Aldehyden, Salzen, Alkoholen und Ölen, sowie Talk, Wachsen und Rußen erfolgen.

Bei einer Bestrahlung des Formteils mit UV-Licht sind die Stärke und Zeitdauer der Behandlung von der Zusammensetzung des Binders abhängig, sowie von der gewünschten Strukturierung. Allgemein kann jedoch gesagt werden, dass für eine Strukturierung eines Formteils zur Ausbildung einer Oberfläche mit dem hier gewünschten Rauhigkeitsgrad eine Bestrahlung des Formteils mit UV-Strahlen mit einer Frequenz von etwa 250 bis etwa 350 nm, insbesondere etwa 280 bis 320 nm, über einen Zeitraum von etwa 30 s. bis etwa 30 min erforderlich ist.

Wie bereits erwähnt, kann anstelle der Bestrahlung mit UV-Licht oder zusätzlich zu dieser auch eine Bestrahlung mit Ionenstrahlen für die Strukturierung der Oberfläche des Formteils eingesetzt werden. Als Ionenquellen kann beispielsweise Radon eingesetzt werden. Die Zeitdauer der Bestrahlung kann beispielsweise zwischen einigen Sekunden und etwa 30 min gewählt werden. Insbesondere ist ein Zeitraum von etwa 20 s bis etwa 10 min für die Ausbildung der strukturierten Oberfläche geeignet.

Neben den genannten Maßnahmen zur Ausbildung eines Lotuseffekts kann die Stabilität gegenüber Degradierung wie Lysieren oder Verdauen auch durch die Zusammensetzung des Binders beeinflusst werden. So ist insbesondere der Anteil an Produkten aus dem sogenannten "Zitronensäurezyklus" sowie der Zellatmungskette im Binder für die Einstellung der Lysierfähigkeit von Bedeutung. Hierunter fallen z.B. die Verbindungen NADH, ATP, ADP ₅ Bernsteinsäure, Asparaginsäure, FAD ₅ Zitronensäure, Buttersäure und Milchsäure. Je besser die Anteile dieser Stoffe im Binder aufeinander abgestimmt sind, desto gezielter erfolgt der biologische Abbau.

Weitere Binderbestandteile, welche den Grad der Hydrophobie bzw. Hydrophilie und/ oder den Grad der Lipophobie bzw. der Lipohilie beeinflussen können, sind: Siliziumverbindungen, insbesondere Speckstein und Talkum, Minerale, Silikonöl, Lanolin (Wollöl), Harnsäure, Oxalsäure, Bone-China, Federnstaub, Weinsäure, Schellack, Eiklar, Kieselgur, Tonerde, Cystein, Resilin.

Die Zusammensetzung des Binders hat darüber hinaus auch Einfluss auf die Durchlässigkeit des Formteils für Sauerstoff. Wenn der Binder keine Stärke enthält, so ist das Formteil im Wesentlichen undurchlässig für Sauerstoff. Befinden sich Aminosäuren im Binder, so tragen diese ebenfalls zur Undurchlässigkeit gegenüber Sauerstoff bei. Enthält der Binder ein Stärkepolymer und ein Aminosäurenpolymer in nicht homogener Mischung, so wird das resultierende Formteil selektiv durchlässig. Je nachdem, an welchen Stellen im Formteil sich die stärkehaltigen Bereiche befinden, ist das Formteil an diesen Stellen sauerstoffdurchlässig, während es an denjenigen Stellen, welche Aminosäuren (z.B. Kollagene) enthalten, für Sauerstoff undurchlässig ist.

Das Formteil kann ganz oder teilweise lysierbar ausgebildet werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Oberfläche durch die geschilderte Strukturierung mittels der vorstehend angegebenen Verfahren so auszubilden, dass die Benetzungsfähigkeit gegenüber der glatten Oberfläche verringert ist. Somit können Wasser, Arbeitsmedien oder andere Fluide, welche gegebenenfalls völlig wasserfrei sein können, vergleichsweise in geringerem Maße an diese Oberfläche angreifen, weswegen der Abbauprozess des biologisch abbaubaren Formteils von dieser Seite her verzögert ist. Der Auflösungsprozess des biologisch abbaubaren Formteils schreitet dann asymmetrisch voran, und zwar stärker von der glatten Seite her und weniger stark von der strukturierten Seite.

Was geeignete Materialien für den Binder betrifft, so kann einen oder mehrere der folgenden Bestandteile enthalten: Biopolymere wie Blut, Bestandteile von Blut, Proteine, Peptide, Cellulose, Stärke, Cutin, Acetate, Glyzerine, Alkoholate, Harze, Wachse, Agar-Agar, Kollagene, Talge, Fette, Cysteine, Gelatinen, Knochenleime, Knochenöl, Tranöl, Knorpelleime, Hautleime, Hasenleime, Fischleime, Harnstoffe, Kaseine, Polymere, insbesondere Polyvinylalkohol, Polyethylene, Polypropylen, Polyvinylester, Polyvinylacetat, Polyamine, Polyacryle, Polyester, Polyamide, Polyimide, Polysulfone, Polysulfide, Polystyrole, Cellulose-Copolymere. Dabei kann das Bindemittel in fester Form zugegeben werden, sofern es aufschmelzbar ist., oder in Pulverform, wenn es anschließend mit einem geeigneten aufschmelzbaren Bindemittel, insbesondere bevorzugt mit einem Harz, Wachs, insbesondere Wollwachs (Lanolin), Leinöl, Hanföl, Leinölfirnis, Terpen, Terpentinöl, Solgel, Frischei, Wasserglas, CS2, Kohlenstoffschwefel, Methylchlorid, Methyl, Silikonöl, Harnstoff, Polyvinylalkohol und/oder einem geeigneten Lösungsmittel homogenisiert wird. Daneben kann der Binder je nach Verarbeitungsverfahren für die Formgebung Anionen- oder KationenFeststoffschnlelzen enthalten oder einschließen.

Soll der Binder elastische Eigenschaften haben, jedoch gleichzeitig biologisch abbaubar sein, so ist Resilin als Binderbestandteil geeignet.

Insbesondere soll der Binder d.h. das Bindemittel für die Durchführung des Verfahrens in einem Zustand sein, der ausreichend flüssig ist, d.h. gieß-, spritz-, extrudier- oder spinnfahig ist. Falls die Lysierfähigkeit mittels eines pulverformigen Feststoffes eingestellt wird, so wird dem Binder der pulverförmige Feststoff vor der Formgebung zugemischt oder aber mittels eines Beschichtungsverfahrens, beispielsweise mittels pyrolitischer Beschichtung aufgebracht. Vorzugsweise weist das Bindemittel eine Gelierfähigkeit von etwa 160 Bloom vor der Verarbeitung auf.

In Verbindung mit einem der vorgenannten Bindemittel kann auch ein Solgel, z.B. in Form von Salzverbindungen verwendet werden, mit welchem die Nanopartikel vermischt werden oder welches per se die Nanopartikel enthält.

Der pulverisierte Feststoff enthält vorzugsweise mindestens einen der folgenden Bestandteile: Oxide, Kieselsäure, Zeolithe, Silizium, Siliziumverbindungen, verglühte Knochenasche, Hydroxylapatit, Metalle, Silane, Magnetit, Hämatit, Eisenpentacarbonyl, Lithiumchlorid, Anatas, Rutil, Zinkchlorid, Lithium, Zink, Mangan, Selen, seltene Erden, Perowskite. Werden wieder aufschmelzbare Binder eingesetzt, so enthält der pulverisierte Feststoff bevorzugt SiO ₂ , TiO ₂ , ZrO ₂ und/oder Al ₂ O ₃ . Generell können die pulverisierten Feststoffe sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein. Anorganische Feststoffe können auch Ionenleiter wie z.B. Zirkoniumoxide sein. Daneben sind auch biologische Protonenleiter einsetzbar, die sulfonisiert, fluoriert oder phosphorisiert sind oder eine Kombination aus diesen Stoffen darstellen.

Der Schritt der Formgebung kann beispielsweise das Spritzen, Gießen, Extrudieren oder Spinnen umfassen. Auf diese Weise kann das lysierbare Formteil als Folie, Faser oder Hohlfaser ausgebildet werden. Die Formteile können mehrlagig oder einlagig hergestellt werden. Die Mehrlagigkeit, insbesondere Zweilagigkeit bietet sich insbesondere dann an, wenn eine asymmetrische Lysierbarkeit des Formteils gewünscht wird. Verfahren zur Ausbildung derartiger zwei- oder mehrlagiger Formteile sind beispielsweise in der DE 10 2005 056 491 beschrieben. Die dort angegebenen Methoden des Spinnens, der Extrusion, des Gießens oder des Spritzens für mehrlagige Formteile sind für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar.

Wird eine Zwei- oder Mehrlagigkeit gewünscht, so können die jeweiligen Bindermassen sowohl in einem Arbeitsgang als auch in zwei bzw. mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen verarbeitet werden. Unter "verarbeiten" ist hier der Schritt des Ausbildens des Formteils zu verstehen. Falls zwei bzw. mehrere Arbeitsgänge gewählt werden, so werden diese gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeitlich aufeinanderfolgend ausgeführt. Dabei ist darauf zu achten, dass die zeitliche Folge der Arbeitsgänge ausreichend schnell ist, so dass die zuerst verarbeitete Masse keine oder nur eine minimale Hautschicht auf der Oberfläche ausbildet. Es liegt in diesem Fall kein Angießen oder Beschichten vor.

Ein lysierbares oder teilweise lysierbares Formteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist einen Binder auf, welcher ein lysierbares Biopolymer enthält, wobei der Binder mindestens einen der folgenden Bestandteile enthält: pflanzliche Kollagene, tierische Kollagene, Gelatine, Säuren des Zitronensäurezyklus, Reaktionsprodukte der Zellatmungskette, Resilin. Der Anteil an Produkten aus dem Zitronensäurezyklus sowie der Zellatmungskette im Binder ist dabei für die Einstellung der Lysierfähigkeit von Bedeutung. Hierunter fallen die Verbindungen NADH, ATP, ADP, Bernsteinsäure, Asparaginsäure, FAD, Zitronensäure, Lack wie z.B. Schellack (Lacca in tabulis). Je differenzierter der Anteil dieser Stoffe im Binder ist, desto gezielter erfolgt der biologische Abbau.

Auf diese Weise ist einerseits die biologische und/oder chemische Abbaubarkeit des Formteils sichergestellt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Formteil eine endliche Lebensdauer hat. Andererseits weist das Formteil Eigenschaften auf, welche die Abbaubarkeit bzw. Lysierfähigkeit verringern können, so dass sich die Abbauzeit d.h. Degradationszeit verlängert. Diese Retardierung der biologischen oder chemischen Lyse führt

Mindestens eine der Oberflächen des Formteils kann eine Strukturierung im Mikro- oder Nanobereich aufweisen. Diese Strukturierung kann, wie bereits beschrieben, durch Bearbeitungsverfahren wie photochemische Strukturierung, UV- oder Ionenbestrahlung, durch Zugabe von Mikro- oder Nanopartikeln in die Bindermasse des auszubildenden Formteils erfolgen. Daneben besteht die Möglichkeit, dass es sich bei dem Formteil um ein Gewebe handelt, das aus Mikro- oder Nanohohlfasern gewirkt, gewebt, gestrickt oder auf andere Weise geformt ist. Es kann sich auch um eine Häufung loser Fasern handeln, die mittels eines Bindemittels, z.B. eines Klebers, zusammengehalten werden.

Unter dem Begriff "Mikrohohlfasern" bzw. "Nanohohlfasern" sind im Rahmen der Ausführungsformen der Erfindung Fasern zu verstehen, deren gleichwertiger Außendurchmesser zwischen einem und mehreren Mikrometer bzw. Nanometer liegt. Solche Fasern können Wandstärken zwischen etwa 8 und 800 nm, insbesondere zwischen 30 und 380 nm und gemäß einigen Ausführungsformen zwischen 50 nm und 180 nm aufweisen. Die Länge der Fasern kann etwa 30 mm bis etwa 300 mm betragen. Selbstverständlich können je nach Anwendung auch längere oder kürzere Fasern hergestellt und im Rahmen der Erfindung verwendet werden. So sind entsprechende textile Stapelfasern bis zu einer Länge von etwa 20.000 m herstellbar. Die Mikro- oder Nanohohlfasern, die zu einem Gewebe oder Gewirk weiterverarbeitet werden, können ihrerseits eine gleichmäßige Wandstärke über die Faserlänge hinweg aufweisen.

Derartig feine Hohlfasern können durch Ausspinnen des Binders, welcher das abbaubare bzw. lysierbare Biopolymer enthält, hergestellt werden. Um derart feine Strukturen auszuspinnen, ist der Einsatz eines Rasterkraftmikroskops erforderlich. Derartige Mikroskope sind im Stand der Technik bekannt, weswegen auf ihre Wirkungsweise hier nicht detailliert eingegangen wird. Im Inneren der Spinndüse, welche für das Ausspinnen der feinen Hohlfasern verwendet wird, befindet sich ein Lumenbildner. Dieser ist aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. Insbesondere eignen sich Materialien wie Tantal, Wolfram, Titan oder Legierungen, welche diese Metalle enthalten, als Ausgangsmaterial für den Lumenbildner. Dieser kann beispielsweise in eine Spinndüse aus Keramik oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Für Hohlfasern im Mikrobereich weist der Lumenbildner einen Durchmesser von beispielsweise 6 nm bis 20 μm auf. Die aus einer solchen Spinndüse ausgesponnenen biologisch lysierbaren Hohlfasern weisen bereits ihre Endkontur auf, Ein Recken der Faser nach dem Ausspinnungsprozess ist für gewöhnlich nicht nötig.

Wie bereits erwähnt, ist neben dem Spinnen auch die Extrusion ein geeignetes Formgebungsverfahren, um ein Formteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung herzustellen. Als Ausgangsmaterial für den Extrusionsprozess (ebenso wie für die anderen erwähnten Formgebungsverfahren) kann der Binder als Schmelze bereitgestellt werden. Im Anschluss an den Formgebungsprozess, z.B. das Extrudieren, kann das Formteil mittels eines Kühlmittels in Form einer wasserfreien verlorengehenden Flüssigkeit verfestigt und abgekühlt werden. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "verlorengehend", dass die Flüssigkeit im Verlauf des Abkühlungsprozesses bis zu einer bestimmten Tiefe in die Wandung des Formteils eindringt, sich mit dem Binder vermischt und somit Bestandteil der Wandung des Formteils wird. Es handelt sich somit um ein sogenanntes Reaktionskühlmittel. Das Kühlmittel kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch die Gleitfähigkeit verbessernde Eigenschaften aufweisen. Als ein Beispiel für ein solches Reaktionskühlmittel mit Gleitschmierung ist Silikonöl zu nennen. Das Silikonöl wirkt dabei kohäsiv, jedoch ohne die Lysierfähigkeit zu beeinflussen. Zudem wird die Festigkeit der Wandung, in welche das Gleitkühlmittel bei der Verarbeitung aufgenommen wird, erhöht.

Durch den Abkühlungsprozess nach dem Formgebungsverfahren kann ebenfalls eine Strukturierung der Oberfläche des ausgebildeten Formteils erfolgen. Dabei gilt, dass je schneller der Kühlprozess stattfindet, desto ausgeprägter wird das Strukturmuster der Oberfläche, d.h. desto tiefer prägt sich die Struktur in die Oberfläche. Die Strukturierung, welche in einem Tiefenbereich von einigen Nanometer liegt, kann z.B. unter Einsatzm eines Transmissionsmikroskopes hergestellt werden.

Um einen Binder (welcher gegebenenfalls Nanopartikel enthält) aus den eingangs genannten Materialien zu extrudieren, kann eine Kühlung beim Extrusionsprozess verwendet werden. Diese Kühlung kann beispielsweise als Kühlbad dem Extruder nachgeschaltet sein. Darüber hinaus kann zusätzlich oder alternativ dazu ein Kühlgebläse um den Extruder herum vorgesehen sein, oder aber auch ein oder mehrere Kühlkanäle, die in den Zylinder eingearbeitet sind. Auf diese Weise können auch Hydrolyseprodukte von Tierzellengeweben von Geflügel, Wild, Fisch oder anderen Haus- bzw. Nutztieren dem Formgebungsprozess unterzogen werden. Das technisch aufwändigere und kostenintensivere Spritzformen kann somit umgangen werden.

Mit den genannten Verfahren ist ein Endlosextrudieren bzw. ein Endlosspinnen, d.h. ein Ausformen ohne Absetzung des Extrusions- bzw. Spinnprozesses möglich. Dies bedeutet, dass beliebig lange Fasern erzeugt werden können. Diese Fasern sind dann einer Weiterverarbeitung durch herkömmliche Faserverarbeitungsverfahren zugänglich. Auf diese Weise können auch Gewebe oder Gewirke aus den lysierbaren Fasern hergestellt werden. Gemeinsam ist beiden Formgebungsverfahren die Ausbildung eines hydraulisch gleichwertigen Durchmessers des Hohlprofils der Fasern.

Werden für die Strukturbildung einer oder mehrerer der Oberflächen des Formteils Nanopartikel in Feststoffform eingesetzt, so hat dies zusätzlich den Vorteil, dass dem Binder zusätzlich Festigkeit und Stabilität verliehen wird. Diese Wirkung ist insbesondere bei

Formteilen mit nur geringer Wandstärke günstig, da deren Formbeständigkeit im Vergleich zu

Formteilen mit gleichem Binder, aber ohne Nanofeststoffteilchen, auf diese Weise erhöht werden kann. Zudem kann der pulverisierte Feststoff auch die Eigenschaften eines Elektrolyten innerhalb des Formteils aufweisen, wenn ein geeignetes Material für den

Feststoff gewählt wird. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise Titanat eingesetzt werden.

Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung kann der Binder auch Silizium sowie Siliziumverbindungen enthalten. So können gemäß einer Ausfuhrungsform Silane (Monosilan oder längerkettige Silane) verschlossen in den Biopolymerbinder eingebracht werden. Anschließend wird das Formteil auf eine der vorstehend beschriebenen Weisen ausgebildet. Durch die Erhitzung bei der Formgebung reagieren die Silane mit dem Sauerstoff der Luft und erzeugen reines Silizium und Kieselsäure. Diese Kieselsäure beeinflusst wiederum die Lysierfähigkeit des hergestellten Formteils und zwar in der Weise, dass mit zunehmenden Anteil an Kieselsäure die Lysierfähigkeit in Bezug auf Wasser einstellbar ist. Weitere mögliche Reaktionsprodukte beim Zerfall der Silane sind Wasserstoff und Kieselgur, welche den Abbau bzw. die Lyse des fertigen Formteils beschleunigen.

Zur Erhöhung der Elastizität des fertigen Formteils kann der Binder beispielsweise Resilin und/oder Kollagene enthalten. Verstärkt werden die elastischen Eigenschaften eines aus den genannten Materialien hergestellten Formteils, wenn dem Binder zusätzlich Glyzerin, Zucker und/oder Stärke zugegeben wird.

Hohlfasern, welche aus Kollagenen enthaltenden Bindern hergestellt sind, können - je nach Kollagenanteil im Binder - undurchlässig für Sauerstoff, jedoch durchlässig für Stickstoff sein. Aus diesem Grunde können sie zur Luftabscheidung bzw. Trennung der Bestandteile von Luft eingesetzt werden. Die Fasern können dabei sowohl im gesinterten als auch im ungesinterten Zustand eingesetzt werden. Ein ähnlicher Effekt kann auch erzielt werden, wenn eine Hohlfaser aus lysierbaren Biopolymeren Feststoff-Nanoteilchen aus Zirkoniumoxiden enthält. Das Zirkoniumoxid im Binder bewirkt, dass Sauerstoffϊonen durch die Wandungen des Formteils hindurchgeleitet werden. Die gesinterten Fasern mit einem Keramik- oder Metallanteil können dann als Katalysatoren, für Photovoltaikelemente oder als Molekularsieb, Rekuperator und Regenerator, als Thermogenerator sowie als Anionen- und Kationentauscher eingesetzt werden.

Die Formteile können beispielsweise Folien mit einer Dicke von einer Atomlage bis wenigen Atomlagen bis zu 1 mm sein. Für bestimmte Anwendungen ist es sinnvoll, wenn die Folienstärke zwischen 1 μm und 300 μm liegt. Darüber hinaus können die Formteile als Hohlprofϊle, z.B. Röhrchen oder Hohlfasern hergestellt sein. Die Hohlfasern können textile Fasern mit einem Innendurchmesser von 80 nm bis 30 μm sein. Die Wandstärke der Hohlfaser kann z.B. der Foliendicke entsprechen. Selbstverständlich können die Formteile auch Vollfasern und Stäbchen ohne inneren Hohlraum sein. Die Formteile gemäß den Ausführungsformen der Erfindung können für vielfältige Zwecke eingesetzt werden. Die Tatsache, dass aus einem lysierbaren Biopolymer, der als Binder verwendet wird, ein Formteil ausgebildet werden kann, dessen Lysierbarkeit der jeweiligen Verwendung angepasst werden kann, ermöglicht es, zahlreiche Gegenstände für den Einmalgebrauch aus biologisch abbaubaren Materialien herzustellen.

Ein potentieller Einsatzbereich derartiger Formteile sind WegwerfKosmetikartikel oder Toilettenartikel. Hierbei ist die Lysierfähigkeit so einzustellen, dass die Formteile bis zu ihrer Verwendung stabil bleiben, sich jedoch im Abwasser innerhalb eines möglichst kurzen Zeitraumes, nämlich etwa 10 min bis etwa einer Woche, auflösen bzw. abgebaut werden. Eine Ausfuhrungsform der Erfindung betrifft demzufolge ein Wattestäbchen, dessen Stabkörper aus einem lysierbaren Biopolymerbinder hergestellt ist, wobei die Oberfläche des Stabkörpers so strukturiert ist, dass die Lyse nicht unmittelbar nach Kontakt mit Wasser eintritt.

Eine weitere Ausführungsform betrifft ein textiles Gewebe oder allgemeiner eine textile Struktur aus textilen Fasern oder Hohlfasern, welche aus einem ein lysierbares Biopolymer enthaltenden Binder ausgeformt sind. Das lysierbare Biopolymer kann Bestandteile von natürlichen Kollagenen sowie Rückstände aus Verfahrensstufen verschiedener Hydrolysereaktionen enthalten. Diese Verbrennungsrückstände können als Aschen den pulverisierten Feststoff bilden, der zur Beeinflussung der Lysierbarkeit in den Binder eingebracht wird.

Die textilen Strukturen bzw. Gewebe können gemäß Ausführungsformen der Erfindung ein Kosmetiktuch oder eine Windel für Kinder oder im Fall von adulter Inkontingenz sein. Insbesondere im Fall der Windel ist es wichtig, dass der Binder eine gewisse Elastizität aufweist, weswegen das bereits erwähnte Resilin oder Kollagene enthalten sein können.

Gemäß anderen Ausfuhrungsformen ist auch der Einsatz als technische Textile möglich. Hierbei kann es sich insbesondere um Redox- und Lithiumionen-Batterien sowie um Anionen- und Kationentauscher, um Rekuperatoren und Regeneratoren handeln. Die Fasern bzw. Hohlfasern, aus denen solche Textile hergestellt sind, werden vorzugsweise nach dem Ausspinnen oder Extrudieren gebrannt bzw. gesintert. Wenn die Oberflächen des Formteils wie bereits beschrieben durch Einsatz von Kollagenen und unter Weglassung von Stärkepolymeren für Sauerstoff undurchlässig oder nur selektiv d.h. partiell für Sauerstoff durchlässig ausgebildet sind, kann das Formteil auch als Korrosionsschutz z.B. für Kraftfahrzeuge in Form eines Unterbodenschutzes eingesetzt werden. Hierzu wird das Formteil als Folie aus einem Biopolymer sowie mit etwa 40 bis 70% Silicea, insbesondere etwa 50 bis 65% Silicea, ausgebildet. Der Vorteil eines Korrosionsschutzes aus einem so Kollagen enthaltenden Formteil liegt unter anderem darin, dass er rauchreduzierend wirkt, was insbesondere im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen günstig ist. Darüber hinaus kann beim Formgebungsverfahren, wie bereits erwähnt, eine wasserfreie Flüssigkeit als Kühlmittel oder als kombiniertes Kühl-/Schmiermittel für den Formgebungsprozess, z.B. das Extrudieren, eingesetzt werden. Das Kühl- bzw. Kühl- /Schmiermittel (z.B. Silikonöl) wird der Schmelze des Binders vor dem Befallen des Schneckenextruders beigegeben, allerdings ohne die beiden Bestandteile zu vermischen. Anschließend erfolgt der Formgebungsprozess mit anschließender Abkühlung der extrudierten Schmelze im Tauchbad z.B. bei Raumtemperatur. Das Kühlmittel oder Kühl- /Schmiermittel kann jedoch auch die Befüllung des Tauchbades sein.

Als alternatives Formgebungsverfahren kann auch ein Vakuumpressen eingesetzt werden. Hierbei entstehen Folien, die dann gegebenenfalls gebrannt oder gesintert werden können.

In Bezug auf den Extrusionsprozess ist es auch möglich, Granulate auf der Basis der lysierbaren Biopolymere herzustellen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, welche als nicht beschränkende Beispiele zu verstehen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein erstes Formteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das als Hohlfaser ausgebildet ist;

Figur 2 ein zweites Formteil gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, das als Folie ausgebildet ist;

Figur 3 ein drittes Formteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das als Wattestäbchen ausgebildet ist; und

Figur 4 ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung , bei dem das Formteil als Tiefziehfaser ausgebildet wird. In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Ausfuhrungsform stellt ein Formteil 1 dar, welches hier als Hohlfaser ausgebildet ist. Bei dieser Hohlfaser kann es sich beispielsweise um eine Mikrohohlfaser handeln, was bedeutet, dass ihr Außendurchmesser kleiner ist als 1 mm.

Die Hohlfaser ist hier einlagig ausgebildet, d.h. dass die gesamte Wandung bezüglich ihrer Zusammensetzung im Wesentlichen homogen ist. Natürlich ist es auch möglich, die Hohlfaser zwei- oder mehrlagig auszuformen, so dass in Dickenrichtung der Wandung Lagen verschiedener Zusammensetzung vorhanden sind. Mit anderen Worten ist die Hohlfaser dann in Dickenrichtung der Wandung inhomogen.

Die Hohlfaser weist eine äußere Oberfläche Ia sowie eine innere Oberfläche Ib auf. Eine oder beide der Oberflächen Ia, Ib können eine Strukturierung beinhalten, so dass die Lysierfähigkeit des Binders, welcher den Grundbestandteil der Hohlfaser bildet, eingeschränkt ist. Mit anderen Worten wird die Dauer bis zum Abbau des Formteils 1 an der entsprechenden Wandseite verzögert. Die Hohlfaser kann durch einen Extrusionsprozess oder einen Spinnprozess hergestellt werden.

Die in Figur 1 dargestellte Hohlfaser kann weiter zu textilen Strukturen, beispielsweise Geweben oder Gewirken verarbeitet werden. Derartige textile Strukturen können insbesondere als Windel oder Kosmetiktücher eingesetzt werden.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung. Das Formteil 1' dieser Ausfuhrungsform ist eine Folie, welche hier ebenfalls einlagig gezeigt ist. Da es sich bei der Folie, anders als bei der Hohlfaser der ersten Ausfuhrungsform, nicht um ein Hohlprofil handelt, weist diese Ausführungsform nur eine äußere Oberfläche l'a auf. Auch diese Oberfläche kann eine Strukturierung besitzen.

Die Ausführungsform von Figur 2 kann auf vielfältige Weise weiterverarbeitet werden, beispielsweise als Tiefziehzylinder, als Röhrchen, Katheder oder Hohlfaser. Hierzu kann beispielsweise das schon erwähnte Tiefziehverfahren eingesetzt werden, welches nachstehend mit Bezug auf Figur 4 noch detaillierter erläutert wird. Bei dem Tiefziehverfahren handelt es sich um ein Thermo-Vakuum- Verfahren, mittels der zunächst ein einseitig verschlossenes Rohr bzw. Röhrchen oder eine verschlossene Faser herstellbar ist, welche dann in einem weiteren Verfahrensschritt (z.B. durch Abschneiden) geöffnet werden kann.

Eine Herstellung der in Figur 2 gezeigten lysierbaren Folie ist beispielsweise durch einen Extrusionsprozess möglich.

Figur 3 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform der Erfindung. In diesem Fall ist der Formkörper 1 " als Wattestäbchen ausgebildet, das von seinem Umriss einem herkömmlichen Wattestäbchen ähnlich sieht.

Das Wattestäbchen besteht in der gezeigten Ausführungsform aus einem Stielkörper 2 sowie zwei bauschigen Enden 3, welche der Reinigung dienen. Stielkörper 2 und Enden 3 können aus gleichen oder verschiedenen Materialien hergestellt sein. Der Stielkörper 2 kann in einem Extrusionsprozess aus einem Schneckenextruder ausgeformt werden. Die bauschigen Enden werden anschließend in einem separaten Verfahren angesetzt.

Das Wattestäbchen, das aus einem Binder der eingangs genannten Materialien hergestellt ist, kann bezüglich seiner Lysierfähigkeit so eingestellt werden, dass es im Abwasser nach etwa 10 min bis etwa einer Woche vollständig abgebaut wird.

Als Beispiel für eine Zusammensetzung eines Binders für ein Wattestäbchen, bei dem Stielkörper 2 und Enden 3 stoffgleich hergestellt sind, können folgende Werte angegeben werden: 50% Zirkoniumdioxid und 50% Gelatine oder 60% Zirkoniumdioxid und 40% Gelatine oder 60% Silicea und 40% Gelatine. Der Binder kann als Granulat oder Bruch zum Schmelzen z.B. im Extruder bereitgestellt werden.

Die Schmelze wird dann z.B. im Extruder zu einem Stäbchen verarbeitet, welches dann den Stielkörper 2 des Wattestäbchens bildet. Die Dicke des Stäbchens oder Röhrchens kann je nach Bedarf etwa 3 bis 6 mm, insbesondere etwa 4 bis 5 mm betragen. Nach dem Extrusionsprozess wird das Stäbchen oder Röhrchen in einem Tauchbad abgekühlt, welches vorzugsweise aus einem vollkommen wasserfreien flüssigen Kühl-/Schmiermittel besteht, z.B. Silikonöl. Das KühWSchmiermittel im Tauchbad ist auf etwa 30 ⁰ C bis etwa 60°C temperiert, so dass eine Abkühlung und Verfestigung der noch heißen extrudierten Stäbchen bzw. Röhrchen erfolgt. Aufgrund der Schmiermitteleigenschaft der Kühlflüssigkeit wird ein Verkleben der extrudierten Stäbchen verhindert. Daneben hat das Kühl-/Schmiermittel auch den Effekt, dass Geruchsemissionen des Binders vermieden werden können.

Die Enden 3 des Wattestäbchens werden mit dem Stielkörper 2 stoffgleich aus den oben genannten Materialien ausgebildet. Im Gegensatz zur Herstellung der Stäbchen wird das

Bindermaterial hier als textile Staubpartikel bereitgestellt, welche ein Abfallprodukt der

Stäbchenerzeugung sein können. Die Staubpartikel können mittels Druckluft bezüglich ihres

Volumens aufgeplustert werden. Anschließend wird die so erzeugte Watte - gegebenenfalls unter Einsatz eines die Haftung erhöhenden Mittels wie z.B. einer geringen Menge an Wasser - auf dem Stielkörper angebracht.

In Figur 4 ist ein beispielhafter Herstellungsprozess für eine Faser oder ein Röhrchen oder Stäbchen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ein Binder, der ein lysierbares Biopolymer sowie gegebenenfalls einen pulverisierten Feststoff enthält, wird als Folie 4 auf einem Lochblock 5 aufgebracht bzw. abgelegt. Sodann erfolgt eine Erwärmung der Folie 4, beispielsweise durch Infrarotbestrahlung, welche hier durch Wellenlinien 6 angedeutet ist. Die Folie wird so lange erwärmt, bis sie fließ- bzw. ziehfähig ist.

Der Lochblock 5 weist Öffnungen 5' auf, welche sich durch seine gesamte Dicke hindurch erstrecken. In Figur 4 ist aus Gründen der Einfachheit der Darstellung lediglich eine Öffnung

5' gezeigt, wobei es jedoch für den Fachmann offensichtlich ist, dass mehrere Öffnungen 5' vorhanden sein können, welche sich parallel durch die Dicke des Blocks 5 erstrecken. Auf der der Folie 4 entgegengesetzten unteren Seite des Lochblocks 5 wird ein Unterdruck erzeugt, so dass der fließfähige erwärmte Binder der Folie 4 wie durch die Pfeile gezeigt durch die Öffnung gezogen wird. Am unteren Ende der Öffnung 5' tritt ein Röhrchen aus, welches auf die schon beschriebene Weise abgekühlt und verfestigt werden kann.

Ein durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Formteil kann bei der Verwendung von einer seiner Oberflächen ausgehend oder von mehreren Oberflächen ausgehend lysiert werden. Handelt es sich bei dem Formteil beispielsweise um ein Hohlprofil, so kann die Lyse gemäß einem Fall von außen beginnend nach innen oder umgekehrt erfolgen. Gemäß einem anderen Fall kann die Lyse gleichmäßig von der inneren und der äußeren Oberfläche des Hohlprofils fortschreiten. Schließlich ist auch der Fall möglich, dass die Lyse auf beiden Oberflächen beginnt, aber mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von der äußeren Oberfläche und der inneren Oberfläche aus fortschreitet.

Der asymmetrische Verlauf der Lyse eines Formteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann entweder gezielt dadurch herbeigeführt werden, dass die verschiedenen Oberflächen mit unterschiedlichen Materialien für Binder bzw. dem darin enthaltenen pulverisierten Feststoff, mit unterschiedlichen Körnergrößen des Feststoffes und/oder mit unterschiedlicher Oberflächenstrukturierung ausgebildet werden. Hierbei kann der Ausdruck "unterschiedliche Oberflächenstrukturierung" bedeuten, dass sich die Strukturen der Oberflächen bezüglich ihrer Tiefe (d.h. dem Grad der Rauhigkeit), der Dichte der Körnung und/oder der Korngröße unterscheiden. Auf diese Weise sorgt ein unterschiedlich ausgeprägter Lotuseffekt für die Asymmetrie. Daneben kann der unterschiedliche Lyseverlauf natürlich auch an den Umgebungsbedingungen (z.B. Feuchtigkeit) liegen, denen die verschiedenen Oberflächen ausgesetzt sind.

^~ Es ist anzumerken, dass die genannten Ausführungsformen der Erfindung nur als nicht beschränkende Beispiele gegeben sind.