WO1999029885A1 - Degradation of biodegradable polymers - Google Patents

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WO1999029885A1
WO1999029885A1 PCT/EP1998/007610 EP9807610W WO9929885A1 WO 1999029885 A1 WO1999029885 A1 WO 1999029885A1 EP 9807610 W EP9807610 W EP 9807610W WO 9929885 A1 WO9929885 A1 WO 9929885A1
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bifunctional
alcohols
small amounts
optionally
aliphatic
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PCT/EP1998/007610
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Rainhard Koch
Simone Wiegand
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Bayer Aktiengesellschaft
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P1/00Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/001Amines; Imines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/005Amino acids other than alpha- or beta amino acids, e.g. gamma amino acids

Definitions

  • the invention relates to the degradation of moldings, fabrics, coatings, adhesions or foams from biodegradable polymers with pure cultures of microorganisms and the enzymes which are formed by these microorganisms.
  • the biodegradation is demonstrated by incubating the test material with a mixed culture of microorganisms and by demonstrating the degradation by converting the polymer to CO 2 .
  • Polyester amides are generally known to be subject to biodegradation (J. Appl. Polym. Sei., 1979, S 1701-1711, US Pat. 4343931, US Pat. 4529792, Jap. Pat. 79119593, Jap. Pat. 79119594, EP-A 641817). In the cases shown, degradation with mixed cultures is demonstrated. The biodegradation of polyester amides by pure cultures has not yet been described.
  • Polyester urethanes containing urea groups are also known to be completely biodegradable. The speed and scope of the
  • Bacteria have been isolated that grow as pure culture on the investigated polymers can. These bacteria are, for example, a strain of the Pseudomonas fluorescence type.
  • biodegradable polyesteramides and polyurethanes containing urea groups can be degraded by selected bacteria.
  • Another new feature is that the bacteria mentioned here have the property of being biodegradable
  • Penicillium spp 14-1 and 26-1 (Tokiwa et al., 1974, J Ferment Technol 52: 393; Tokiwa et al., 1976, J Ferment. Technol. 54: 603), Acidovorax avenae susp avenae, Paecilomyces marquandii (Mergaert , J .; Swings, I, 1996, J. Ind. Microbiol.
  • Thermophilic bacteria which are able to degrade degradable polyester amides or polyester urethanes containing urea groups at 60 ° C. have so far not been known. Furthermore, no bacteria are known which are able to grow on such plastics in the presence of increased salt concentrations.
  • the invention relates to a process for the degradation of biodegradable polymers, in particular polyester amides and urea groups
  • the invention also relates to the deposited microorganisms, and to their mutants and variants, which still have the ability to degrade the polymers mentioned here.
  • mutants and variants of the deposited microorganisms according to the invention are understood in particular to be bacteria which have a homology of at least 70%, preferably at least 80% and very particularly preferably at least 90% to the deposited microorganisms at the nucleic acid level.
  • Suitable biodegradable and compostable polymers are aliphatic or partially aromatic polyesters, thermoplastic aliphatic or partially aromatic polyester urethanes, which may also have urea groups, aliphatic-aromatic polyester carbonates and aliphatic or partially aromatic polyester amides. Polyester amides and polyester urethanes containing urea groups are preferred. The following polymers are suitable:
  • A) linear bifunctional alcohols preferably C 2 -C 1 -alkyldiols, such as ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol, and / or optionally cycloaliphatic bifunctional alcohols such as, for example, cyclohexanedimethanol and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, preferably C 3 -C ⁇ 2- alkyldiols, such as neopentyl glycol, and additionally optionally small amounts of higher-functional alcohols, preferably C 3 -C 2 -alkyl polyols, such as 1,2,3-propanetriol or trimethylolpropane, and from aliphatic bifunctional acids, preferably C 2 -C ⁇ 2- alkyl dicarboxylic acids, such as, for example and preferably, succinic acid or adipic acid, and / or optionally aromatic bifunctional acids such
  • C atoms in the alkyl chain for example hydroxybutyric acid or hydroxyvaleric acid or lactic acid, or their derivatives, for example ⁇ -caprolactone or dilactide,
  • aromatic acids making up no more than 50% by weight, based on all acids.
  • the acids can also be in the form of derivatives such as acid chlorides or
  • Esters are used; Aliphatic or partially aromatic polyester urethanes, which can also have urea groups
  • bifunctional alcohols preferably C 2 -C 2 alkyldiols such as ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol, and / or cycloaliphatic bifunctional or polycyclic aliphatic alcohols such as cyclohexanedimethanol and / or optionally smaller amounts branched bifunctional alcohols, preferably C 3 -C 2 alkyldiols, such as neopentyl glycol, and in addition, if appropriate, small amounts of higher functional alcohols, preferably
  • C 3 -C-alkyl polyols such as 1,2,3-propanetriol or trimethylol propane
  • aliphatic bifunctional acids preferably C 2 -C ⁇ -alkyl dicarboxylic acids, such as and preferably succinic acid or adipic acid, and / or aromatic bifunctional acids such as, for example, terephthalic acid or isophthalic acid or naphthalenedicarboxylic acid and additionally, if appropriate, small amounts of higher functional acids such as, for example, trimellitic acid or
  • Lactic acid or its derivatives, for example ⁇ -caprolactone or dilactide,
  • ester fraction C) and / or D) is at least 75% by weight, based on the sum of C), D) and E);
  • an ester fraction from linear bifunctional alcohols preferably C 2 -C 12 -alkyldiols such as, for example, ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol and / or cycloaliphatic bifunctional alcohols, such as, for example, cyclohexanedimethanol and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, preferably with 3 up to 12 C atoms in the alkyl chain, such as neopentyl glycol, and additionally, if appropriate, small amounts of higher-functional alcohols, preferably with 3 to 12 C atoms in the alkyl chain, such as 1,2,3-propanetriol or trimethylolpropane, and from linear and / or cycloaliphatic bifunctional and additionally optionally small amounts of higher functional acids, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the alkyl chain, preferably adipic acid,
  • H a carbonate component which was produced from aromatic bifunctional phenols, preferably bisphenol-A, and carbonate donors, for example phosgene.
  • ester fraction F) and / or G) must be at least 70% by weight, based on the sum of F), G) and H);
  • C 2 -C 2 alkyldiols such as ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol and / or cycloaliphatic bifunctional alcohols such as cyclohexanedimethanol and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, preferably C 3 -C 2 alkyldiols, such as Neopentylglycol, and additionally optionally small amounts of higher functional alcohols, preferably C 3 -C 8 alkyl polyols, such as 1,2,3-propanetriol or trimethylolpropane, and from linear and / or cycloaliphatic bifunctional, and additionally optionally small amounts of higher functional acids, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the alkyl chain or phenyl or naphthyl rings, preferably adipic acid, or
  • K from acid- and alcohol-functionalized building blocks, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the carbon chain, for example hydroxybutyric acid or hydroxyvaleric acid or lactic acid, or their derivatives, for example ⁇ -caprolactone or dilactide,
  • the ester content A) and / or B) must be at least 30% by weight, based on the sum of I), K), L) and M).
  • alcohol component it is also possible in part or in whole to use monomeric or oligomeric polyols based on ethylene glycol, propylene glycol, tetrahydrofuran or copolymers thereof with molecular weights (weight average) of up to 4,000, preferably up to 1,000, instead of the diols.
  • All degradable polyester urethanes, polyesters, polyester carbonates and polyester amides have a molecular weight of at least 10,000 g / mol and generally have a statistical distribution of the starting materials in the polymer. In the case of a typical polymer structure, possibly from C) and D) and from E), a completely statistical distribution of the monomer units is not always to be expected.
  • All biodegradable polyester urethanes, polyesters, polyester carbonates and Polyesteramides, preferably polyester urethanes can be present as a substance, solution or dispersion, preferably as a dispersion in water.
  • biodegradable polyester urethanes, polyesters, polyester carbonates and polyester amides mentioned here can be equipped with fillers and reinforcing materials and / or with processing aids such as, for example, nucleation aids, mold release agents or stabilizers, it being important to ensure that the biodegradability is not impaired or the remaining ones Substances in terms of further treatment (eg wastewater treatment) are harmless.
  • Suitable fillers and reinforcing materials can be minerals such as kaolin, chalk, gypsum, lime or talc or natural substances such as starch or modified starch, cellulose or cellulose derivatives or cellulose products, wood flour or natural fibers such as hemp, flax, rapeseed or ramie.
  • biodegradable polyester urethanes, polyester carbonates and polyester amides mentioned here can be mixed with each other and also with other blend partners, whereby it must be ensured that the remaining substances are harmless in terms of further treatment (e.g. wastewater treatment).
  • Other biodegradable or non-biodegradable can be used as additional blend partners
  • biodegradable polymers are introduced into an aqueous nutrient solution and inoculated with a pure culture or a mixed culture of the microorganisms.
  • the following microorganisms can be used: Paenibaccillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromocrobium spec, Thermobi ⁇ ora bispora, Bacillus spec. RNA group V, Brevibacillus spec.
  • Degradation is preferably carried out with the following microorganisms: Paenibaccillus lautus (DSMZ 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Aeromicrobium spec. (DSM 11872) and Thermobispora bispora (DSM 11873).
  • DSMZ 11870 Paenibaccillus lautus
  • DSM 11871 Bacillus pumilus
  • Aeromicrobium spec. DSM 11872
  • Thermobispora bispora DSM 11873
  • Nutrient salts are added and which can be aerated.
  • the nutrient solution consists, for example, of the following components (per liter): K 2 HPO 4 , 3.5 g; NaH 2 PO x 2 H 2 O, 3.5 g; NHtNOs, 0.5 g; MgSO 4 x 7 H 2 O, 0.2 g; Trace element solution 1.0 ml (Hormann and Andreesen, 1989, Ach. Microbiol., 153, 50-59); Vitamin solution, 1.0 ml (Pfenning, N., Lippert, D., 1966, Arch. Mikrobiol. 55: 245-256); Yeast extract, 0.05 g; CaCl 2 x 2 H 2 O, 0.05 g.
  • the pH was adjusted to 7.0 with 5 M KOH.
  • the nutrient solution may have been sterilized beforehand.
  • the degradation can be carried out at temperatures between 15 and 70, preferably at temperatures between 25 and 60 and particularly preferably at 30-50 ° C.
  • the degradation can be carried out at a pH between pH 4.0 and 9.0, preferably at pH values between 5.0 and 8.0 and particularly preferably at pH 6.0-7.0.
  • Another method according to the invention is characterized in that the bacteria according to the invention are cultivated before the treatment of the biodegradable polymer.
  • the biodegradable polymers are then added to this solution.
  • the microorganisms according to the invention can be grown in the nutrient solution described above.
  • Another method according to the invention is characterized in that the microorganisms on the polymer, oligomers or monomers are grown in an aqueous nutrient solution in order to enrich, purify or concentrate the enzymes formed from the bacterial culture in order to use the latter for enzymatic polymer degradation.
  • the methods described in the literature for growing the microorganisms and for enriching, purifying or concentrating enzymes can be used.
  • Another method according to the invention is characterized in that the genes of the enzymes which are able to degrade the polymers are isolated from the bacteria according to the invention, are transferred to other microorganisms and the polymer-degrading enzymes are then produced in these microorganisms Methods for cloning genes and for expression of proteins are used
  • the polymer is added to the aqueous nutrient solution inoculated with bacteria.
  • the biodegradable polymer can be added as a film, film or granulate. Shaped bodies can be added as a whole or crushed.
  • Coated or bonded materials or materials in which coatings have been applied or created with biodegradable polymers such as paper or cardboard and coated paper or coated cardboard, can be added as a whole or crushed to the nutrient solution containing the bacteria according to the invention
  • aqueous nutrient solution containing bacteria can be applied or sprayed onto the coating to be broken down or the molded body to be broken down
  • BAP biodegradable polymers
  • BAP e.g. capsules and microcapsules
  • Wood composites for formwork e.g. building formwork
  • formwork e.g. building formwork
  • Paper with the aim of microbially degrading and removing BAP This includes in particular the recycling of coated and / or sized paper, laminating foils or blister packs. This also includes blends made from BAP and non-degradable polymers, which can be removed or dissolved by the microbial treatment. This also includes the coating of cardboard or paper
  • BAP with the aim of removing printing inks that are difficult to remove (e.g. those that can be crosslinked with UV) with the help of microorganisms in a deinking process.
  • plastics or lacquers are, inter alia, according to the invention: polyesters, polyamides, polyurethanes, polyolefins, in particular polyethylene and polypropylene, polyacrylates, elastomers such as rubber and its derivatives, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, cellulose esters, acrylonitrile-containing styrene-butadiene polymers and melanin resins. This includes in particular the recycling of coated paper, laminating films or blister packs.
  • BAP as a binder for applying microcapsules to carbonless carbonless papers with the aim of selectively removing the binder by selected bacteria in order to recycle the paper.
  • BAP for the production of printing inks with the aim of producing a bacterially resolvable and / or detachable ink for a bacterial deinking process.
  • BAP for packaging active substances or toxic compounds, in particular pesticides, with the aim of producing a bacterially dissolvable packaging or a bacterially dissolvable inlay that enables the repackaging to be recycled without harmful substances.
  • BAP in combination with other materials or as their coating (e.g. metals or non-degradable plastics) with the aim of bacterially degrading the BAP after use in order to recover the other materials. This applies in particular to the recycling of electronic components.
  • Cresol at 20 ° C is placed in a solid nutrient medium.
  • the nutrient solution described above was [from the following components (per liter): K 2 HPO, 3.5 g; NaH PO 4 x 2 HO, 3.5 g; NH4NO 3 , 0.5 g; MgSO 4 x 7 H 2 O, 0.2 g; Trace element solution 1.0 ml (Hormann and Andreesen, 1989, Arch. Microbiol., 153, 50-59); Vitamin solution, 1.0 ml (Pfenning, N., Lippert, D., 1966, Arch. Mikrobiol.
  • Yeast extract 0.05 g
  • CaCl 2 x 2 H 2 O 0.05 g
  • the pH was adjusted to 7.0 with 5 M KOH.] 10.0 g of agar were added and the solution was autoclaved at 121 ° C. for 20 min.
  • the plastic was separated from the medium in ethanol pa and sterilized at 70 ° C for 30 min (2.0 g
  • the microorganism strains according to the invention ⁇ Paenibaccillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DMS 11871),
  • Aeromicrobium spec. (DSM 11872)) with a vaccine pea and the plates incubated at 27-37 ° C for several days to several weeks. The growth of the microorganisms was checked every 1-5 days. The degradation of the polymer is detected by the formation of a clear courtyard around a colony.
  • Thermophilic microorganisms (Thermobi ⁇ ora bi ⁇ ora (DSM 11873), Bacillus ⁇ ec. RNA group V, Brevibacillus spec.) Were cultivated in a similar manner to that described under 1.) Incubation took place at 60 ° C. To avoid premature drying of the
  • a bacterial suspension of a strain (Paenibaccillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Thermobi ⁇ ora bi ⁇ ora (DSM 11873), Aeromicrobium spec. (DSM 11872)) were applied uniformly to an agar plate. After the plate had been completely covered by the organism and had become clear after polymer degradation, the agar was dissolved by agarase (Fluka, Neu-Ulm; activity: 6.4 U / mg). For this purpose, the microorganisms were first rinsed off the plates. The agar plate was transferred with a spatula into a 50 ml falcon tube.
  • the mixture was heated to 100 ° C. without enzyme and the agar was dissolved.
  • the mixture was then cooled to 48 ° C. and 250 ⁇ l of a 0.1% (wt / vol) solution of the agarase were added.
  • the agar was incubated with the enzyme at 48 ° C. on the shaker. The incubation of the batches was stopped after complete lysis of the agar by heating the entire sample to 90 ° C. for 30 min. After the mixture had cooled, centrifugation was carried out at 12,000 ⁇ m and 4 ° C. for 15 minutes. The supernatant was sterile filtered.

Abstract

The invention relates to the degradation of moulded bodies, flat materials, coatings, adhesive bonds or foams which consist of biodegradable polymers using pure cultures of micro-organisms and the enzymes produced by these micro-organisms. The invention relates to the microbial degradation of polyester amides and polyester urethanes containing urea groups in particular.

Description

Abbau von biologisch abbaubaren PolymerenDegradation of biodegradable polymers
Die Erfindung betrifft den Abbau von Formkörpern, Flächengebilden, Beschichtungen, Nerklebungen oder Schäumen aus biologisch abbaubaren Polymeren mit Reinkulturen von Mikroorganismen sowie den Enzymen, die von diesen Mikroorganismen gebildet werden.The invention relates to the degradation of moldings, fabrics, coatings, adhesions or foams from biodegradable polymers with pure cultures of microorganisms and the enzymes which are formed by these microorganisms.
Insbesondere betrifft sie den Abbau von Polyesteramiden und Harnstoffgruppen aufweisenden Polyesterurethanen.In particular, it relates to the degradation of polyester amides and polyester urethanes containing urea groups.
Vollständig biologisch abbaubare und kompostierbare Werkstoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. In den letzten Jahren ist eine Vielzahl derartiger Polymere mit dem Ziel entwickelt worden, einen Kunststoff verfügbar zu haben, der durch Kompostierung verwertet werden kann. Zur gleichen Zeit sind verschiedene Verordnungen und Normen erlassen worden, die den Zugang derartiger Materialien zur Kompostierung regeln (LAGA Merkblatt M 10; Bioabfall- und Kompostverordnung) bzw. die schadlose Kompostierbarkeit nachzuweisen vermögen (DEN 54900). Unter biologischem Abbau wird in diesemFully biodegradable and compostable materials are becoming increasingly important. A large number of such polymers have been developed in recent years with the aim of having a plastic available which can be recycled by composting. At the same time, various regulations and standards have been issued which regulate the access of such materials to composting (LAGA Leaflet M 10; Biowaste and Compost Ordinance) or which can demonstrate harmless compostability (DEN 54900). Under biodegradation in this
Zusammenhang immer verstanden, daß die so bezeichneten Materialien in Gegenwart von Mikroorganismen durch diese zu CO2 und Biomasse verstoffwechselt werden.Always understood the context that the so-called materials are metabolized in the presence of microorganisms to CO 2 and biomass.
In den meisten bisher untersuchten Fällen wird der biologische Abbau dadurch nachgewiesen, daß das Prüfmaterial mit einer Mischkultur von Mikroorganismen inkubiert wird und der Abbau über die Umsetzung des Polymers zu CO2 nachgewiesen wird.In most of the cases investigated to date, the biodegradation is demonstrated by incubating the test material with a mixed culture of microorganisms and by demonstrating the degradation by converting the polymer to CO 2 .
Von Polyesteramiden ist allgemein bekannt, daß sie einem biologischen Abbau unterliegen können (J. Appl. Polym. Sei., 1979, S 1701 - 1711, US-Pat 4343931, US-Pat 4529792, Jap. Pat. 79119593, Jap. Pat. 79119594, EP-A 641817). In den dargestellten Fällen wird der Abbau mit Mischkulturen nachgewiesen. Der biologische Abbau von Polyesteramiden durch Reinkulturen ist bisher nicht beschrieben worden.Polyester amides are generally known to be subject to biodegradation (J. Appl. Polym. Sei., 1979, S 1701-1711, US Pat. 4343931, US Pat. 4529792, Jap. Pat. 79119593, Jap. Pat. 79119594, EP-A 641817). In the cases shown, degradation with mixed cultures is demonstrated. The biodegradation of polyester amides by pure cultures has not yet been described.
Von Harnstoffgruppen aufweisenden Polyesterurethanen ist ebenfalls bekannt, daß sie vollständig biologisch abbaubar sein können. Die Geschwindigkeit und der Umfang desPolyester urethanes containing urea groups are also known to be completely biodegradable. The speed and scope of the
Abbaus hängen von der Monomerzusammensetzung ab (DE-A 195 17 185). Weiter sindDegradation depends on the monomer composition (DE-A 195 17 185). Are further
Bakterien isoliert worden, die als Reinkultur auf den untersuchten Polymeren wachsen können. Bei diesen Bakterien handelt es sich beispielsweise um einen Stamm der Art Pseudomonas fluoreszenz.Bacteria have been isolated that grow as pure culture on the investigated polymers can. These bacteria are, for example, a strain of the Pseudomonas fluorescence type.
Der enzymatische Angriff einzelner Bindungen durch ein proteolytisches Enzym bei solchen Polymeren ist beschrieben worden (G. T. Howard, R. C. Blake, ASM GeneralThe enzymatic attack of individual bonds by a proteolytic enzyme in such polymers has been described (G. T. Howard, R. C. Blake, ASM General
Meeting 1996, Abstracts S 430).Meeting 1996, Abstracts S 430).
Es wurde gefunden, daß biologisch abbaubare Polyesteramide und Harnstoffgruppen aufweisende Polyurethane von ausgewählten Bakterien abgebaut werden können. Neu ist weiter, daß die hierin erwähnten Bakterien die Eigenschaft haben, biologisch abbaubareIt has been found that biodegradable polyesteramides and polyurethanes containing urea groups can be degraded by selected bacteria. Another new feature is that the bacteria mentioned here have the property of being biodegradable
Polyesteramide und Harnstoffgruppen aufweisende Polyurethane abzubauen. Bakterien, die auf Polyester haltigen abbaubaren Polymeren wachsen können, sind aus folgenden Gruppen bekannt:To break down polyurethanes containing polyesteramides and urea groups. Bacteria that can grow on polyester-containing degradable polymers are known from the following groups:
Penicillium spp 14-1 und 26-1 (Tokiwa et al., 1974, J Ferment Technol 52: 393; Tokiwa et al., 1976, J Ferment. Technol. 54: 603), Acidovorax avenae susp avenae, Paecilomyces marquandii (Mergaert, J.; Swings, I, 1996, J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 17(5/6), 463- 469), Aspergillus ßimigatus, Aspergillus terreus, Penicillium olscnii und Fusarium semitectum (Kang et al., 1996, Pollimo, 20 (6), 960-970), Alternaria sp. (Tsuju et al., 1978, Hakko Kogaku Kaishi, 56 (6), 799-801), Pseudomonas testosteroni ATCC 17510,Penicillium spp 14-1 and 26-1 (Tokiwa et al., 1974, J Ferment Technol 52: 393; Tokiwa et al., 1976, J Ferment. Technol. 54: 603), Acidovorax avenae susp avenae, Paecilomyces marquandii (Mergaert , J .; Swings, I, 1996, J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 17 (5/6), 463-469), Aspergillus ßimigatus, Aspergillus terreus, Penicillium olscnii and Fusarium semitectum (Kang et al., 1996, Pollimo, 20 (6), 960-970), Alternaria sp. (Tsuju et al., 1978, Hakko Kogaku Kaishi, 56 (6), 799-801), Pseudomonas testosteroni ATCC 17510,
Alcaligene paradoxus ATCC17718 (Tanaka et al., 1976, Nippon Nogei Kagaku Kaishi, 50 (9), 431-6).Alcaligene paradoxus ATCC17718 (Tanaka et al., 1976, Nippon Nogei Kagaku Kaishi, 50 (9), 431-6).
Thermophile Bakterien, die abbaubare Polyesteramide oder Harnstoffgruppen aufweisende Polyesterurethane bei 60 °C abzubauen vermögen, sind bisher nicht bekannt. Weiter sind keine Bakterien bekannt, die in Gegenwart erhöhter Salzkonzentrationen auf derartigen Kunststoffen zu wachsen vermögen.Thermophilic bacteria which are able to degrade degradable polyester amides or polyester urethanes containing urea groups at 60 ° C. have so far not been known. Furthermore, no bacteria are known which are able to grow on such plastics in the presence of increased salt concentrations.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abbau von biologisch abbaubaren Polymeren, insbesondere Polyesteramiden und Harnstoffgruppen aufweisendenThe invention relates to a process for the degradation of biodegradable polymers, in particular polyester amides and urea groups
Polyesterurethanen durch Stämme der Bakterienarten Paenibaccillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromicrobium spec, Thermobispora bispora, Bacillus spec. RNA-Gruppe V, Brevibacillus spec. sowie den aus ihnen zu gewinnenden Esterasen, Lipasen oder Oligoamidasen, wobei man die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Polymere in eine wäßrige Nährlösung einbringt und diese mit einer Reinkultur oder einer Mischkultur der genannten Bakterienarten beimpft.Polyester urethanes from strains of the bacterial species Paenibaccillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromicrobium spec, Thermobispora bispora, Bacillus spec. RNA group V, Brevibacillus spec. as well as the esterases, lipases or oligoamidases to be obtained from them, the biodegradable polymers according to the invention being introduced into an aqueous nutrient solution and inoculated with a pure culture or a mixed culture of the bacterial species mentioned.
Für den biologischen Abbau der abbaubaren Polyesteramide und Harnstoff aufweisenden Polyesterurethanen kommen Reinkulturen der folgenden Mikroorganismen in Fragen: Paenibaccillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromicrobium spec, Thermobispora bispora, Bacillus spec. RNA-Gruppe V, Brevibacillus spec. Bevorzugt wird der Abbau mit folgenden Mikroorganismen durchgeführt: Paenibacillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Thermobispora bispora (DSM 11873), Aeromocrobium spec. (DSM 11872). Diese Stämme sind bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ), Braunschweig, Mascheroder Weg lb hinterlegt. Das Hinterlegungsdatum ist der 24.11.1997.For the biodegradation of the degradable polyester amides and urea-containing polyester urethanes, pure cultures of the following microorganisms come into question: Paenibaccillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromicrobium spec, Thermobispora bispora, Bacillus spec. RNA group V, Brevibacillus spec. Degradation is preferably carried out with the following microorganisms: Paenibacillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Thermobispora bispora (DSM 11873), Aeromocrobium spec. (DSM 11872). These strains are deposited with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH (DSMZ), Braunschweig, Mascheroder Weg lb. The filing date is November 24, 1997.
Gegenstand der Erfindung sind auch die hinterlegten Mikroorganismen, sowie deren Mutanten und Varianten, welche noch die Fähigkeit besitzen, die hierin genannten Polymere abzubauen.The invention also relates to the deposited microorganisms, and to their mutants and variants, which still have the ability to degrade the polymers mentioned here.
Als erfindungsgemäße Mutanten und Varianten der hinterlegten Mikroorganismen werden insbesondere Bakterien verstanden, die auf Nukleinsäureebene eine Homologie von mindestens 70 %, vorzugsweise von mindestens 80% und ganz besonders bevorzugt von mindestens 90 % zu den hinterlegten Mikroorganismen aufweisen.The mutants and variants of the deposited microorganisms according to the invention are understood in particular to be bacteria which have a homology of at least 70%, preferably at least 80% and very particularly preferably at least 90% to the deposited microorganisms at the nucleic acid level.
Als biologisch abbaubare und kompostierbare Polymere kommen aliphatische oder teilaromatische Polyester, thermoplastische aliphatische oder teilaromatische Poly- esterurethane, die auch Harnstoffgruppen aufweisen können, aliphatisch-aromatische Polyestercarbonate und aliphatische oder teilaromatische Polyesteramide in Frage. Bevorzugt kommen Polyesteramide und Harnstoffgruppen aufweisende Polyester- urethane in Frage. Die folgenden Polymere sind geeignet:Suitable biodegradable and compostable polymers are aliphatic or partially aromatic polyesters, thermoplastic aliphatic or partially aromatic polyester urethanes, which may also have urea groups, aliphatic-aromatic polyester carbonates and aliphatic or partially aromatic polyester amides. Polyester amides and polyester urethanes containing urea groups are preferred. The following polymers are suitable:
Aliphatische oder teilaromatische Polyester ausAliphatic or partially aromatic polyester
A) linearen bifünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C2-Cι -Alkyldiolen, wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexandiol, bevorzugt Butandiol, und/oder gegebenenfalls cycloaliphatischen bifünktionellen Alkoholen wie beispielsweise Cyclohexandimethanol und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C3-Cι2-Alkyldiolen, wie beispiels- weise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C3-Cι2-Alkylpolyole, wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol oder Trimethylolpropan, sowie aus aliphatischen bifünktionellen Säuren, vorzugsweise C2-Cι2-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure oder Adipinsäure, und/oder gegebe- nenfalls aromatischen bifünktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthal- säure oder Isophthalsäure oder Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oderA) linear bifunctional alcohols, preferably C 2 -C 1 -alkyldiols, such as ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol, and / or optionally cycloaliphatic bifunctional alcohols such as, for example, cyclohexanedimethanol and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, preferably C 3 -Cι 2- alkyldiols, such as neopentyl glycol, and additionally optionally small amounts of higher-functional alcohols, preferably C 3 -C 2 -alkyl polyols, such as 1,2,3-propanetriol or trimethylolpropane, and from aliphatic bifunctional acids, preferably C 2 -Cι 2- alkyl dicarboxylic acids, such as, for example and preferably, succinic acid or adipic acid, and / or optionally aromatic bifunctional acids such as, for example, terephthalic acid or isophthalic acid or naphthalenedicarboxylic acid and, if appropriate, small amounts of higher functional acids such as, for example Trimellitic acid or
B) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen, vorzugsweise mit 2 bis 12B) from acid and alcohol functionalized building blocks, preferably with 2 to 12
C-Atomen in der Alkylkette, beispielsweise Hydroxybuttersäure oder Hy- droxyvaleriansäure oder Milchsäure, oder deren Derivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,C atoms in the alkyl chain, for example hydroxybutyric acid or hydroxyvaleric acid or lactic acid, or their derivatives, for example ε-caprolactone or dilactide,
oder einer Mischung oder einem Copolymer aus A und B,or a mixture or a copolymer of A and B,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezogen auf alle Säuren, ausmachen.the aromatic acids making up no more than 50% by weight, based on all acids.
Die Säuren können auch in Form von Derivaten wie beispielsweise Säurechloride oderThe acids can also be in the form of derivatives such as acid chlorides or
Ester eingesetzt werden; Aliphatische oder teilaromatische Polyesterurethane, die auch Harnstoffgruppen aufweisen können, ausEsters are used; Aliphatic or partially aromatic polyester urethanes, which can also have urea groups
C) einem Esteranteil aus bifünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C2-Cι2-Alkyl- diolen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexandiol, bevorzugt Butandiol, und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen oder polycyclischen aliphati- schen Alkoholen wie beispielsweise Cyclohexandimethanol und/oder gegebenenfalls geringeren Mengen verzweigten bifünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C3-Cι2-Alkyldiolen, wie beispielsweise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Alkoholen, vorzugsweiseC) an ester portion from bifunctional alcohols, preferably C 2 -C 2 alkyldiols such as ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol, and / or cycloaliphatic bifunctional or polycyclic aliphatic alcohols such as cyclohexanedimethanol and / or optionally smaller amounts branched bifunctional alcohols, preferably C 3 -C 2 alkyldiols, such as neopentyl glycol, and in addition, if appropriate, small amounts of higher functional alcohols, preferably
C3-Cι -Alkylpolyolen, wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol oder Trimethylol- propan, sowie aus aliphatischen bifünktionellen Säuren, vorzugsweise C2-Cπ- Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure oder Adipinsäure, und/oder gegebenenfalls aromatischen bifünktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure oder Isophthalsäure oder Naphthalindicarbon- säure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oderC 3 -C-alkyl polyols, such as 1,2,3-propanetriol or trimethylol propane, and from aliphatic bifunctional acids, preferably C 2 -C π-alkyl dicarboxylic acids, such as and preferably succinic acid or adipic acid, and / or aromatic bifunctional acids such as, for example, terephthalic acid or isophthalic acid or naphthalenedicarboxylic acid and additionally, if appropriate, small amounts of higher functional acids such as, for example, trimellitic acid or
D) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen, vorzugsweise mit 2 bis 12 C-Atomen beispielsweise Hydroxybuttersäure oder Hydroxyvaleriansäure oderD) from acid and alcohol functionalized building blocks, preferably with 2 to 12 carbon atoms, for example hydroxybutyric acid or hydroxyvaleric acid or
Milchsäure, oder deren Derivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,Lactic acid, or its derivatives, for example ε-caprolactone or dilactide,
oder einer Mischung oder einem Copolymer aus C und D, undor a mixture or a copolymer of C and D, and
E) aus dem Reaktionsprodukt von C und/oder D mit aliphatischen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und zusätzlich gegebenenfalls höherfünktionellen Isocyanaten, mit vorzugsweise 1 bis 12 C-Atomen bzw. 5 bis 8 C-Atomen im Falle von cycloaliphatischen Isocyanaten, z.B. Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, gegebenenfalls zusätzlich mit linearen und/oder verzweigten und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder höherfünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C3-Cι -Alkylpolyolen bzw. 5-8 C-Atomen im Falle von cycloaliphatischen Alkoholen, z.B. Ethan- diol, Hexandiol, Butandiol, Cyclohexandimethanol, und/oder gegebenenfalls zusätzlich mit linearen und/oder verzweigten und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder höherfünktionellen Dialkylaminen oder Aminoalkoho- len mit vorzugsweise 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette, wie beispielsweise Ethylendiamin oder Aminoethanol und/oder gegebenenfalls weitere modifizierte Amine oder Alkohole wie beispielsweise Ethylendiaminethansulfon- säure, als freie Säure oder Salz,E) from the reaction product of C and / or D with aliphatic and / or cycloaliphatic bifunctional and additionally optionally higher functional isocyanates, preferably with 1 to 12 C atoms or 5 to 8 C atoms in the case of cycloaliphatic isocyanates, for example tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate , Isophorone diisocyanate, optionally additionally with linear and / or branched and / or cycloaliphatic bifunctional and / or higher functional alcohols, preferably C 3 -C 8 -alkyl polyols or 5-8 C atoms in the case of cycloaliphatic alcohols, for example ethane diol, hexanediol, butanediol, cyclohexanedimethanol, and / or optionally additionally with linear and / or branched and / or cycloaliphatic bifunctional and / or higher functional dialkylamines or aminoalcohols with preferably 2 to 12 carbon atoms in the alkyl chain, such as, for example, ethylenediamine or aminoethanol and / or optionally further modified amines or alcohols such as, for example, ethylenediaminethanesulfonic acid, as the free acid or salt,
wobei der Esteranteil C) und/oder D) mindestens 75 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus C), D) und E), beträgt;wherein the ester fraction C) and / or D) is at least 75% by weight, based on the sum of C), D) and E);
Aliphatisch-aromatische Polyestercarbonate ausAliphatic-aromatic polyester carbonates
F) einem Esteranteil aus linearen bifünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C2-C12-Alkyldiolen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexandiol, bevorzugt Butandiol und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen Alkoholen, wie beispielsweise Cyclohexandimethanol und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit 3 bis 12 C- Atomen in der Alkylkette, wie beispielsweise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit 3 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette, wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol oder Trimethylolpropan, sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren, vorzugsweise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette bevorzugt Adipinsäure,F) an ester fraction from linear bifunctional alcohols, preferably C 2 -C 12 -alkyldiols such as, for example, ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol and / or cycloaliphatic bifunctional alcohols, such as, for example, cyclohexanedimethanol and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, preferably with 3 up to 12 C atoms in the alkyl chain, such as neopentyl glycol, and additionally, if appropriate, small amounts of higher-functional alcohols, preferably with 3 to 12 C atoms in the alkyl chain, such as 1,2,3-propanetriol or trimethylolpropane, and from linear and / or cycloaliphatic bifunctional and additionally optionally small amounts of higher functional acids, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the alkyl chain, preferably adipic acid,
oderor
G) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen, vorzugsweise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette, beispielsweise Hydroxybuttersäure oder Hy- droxyvaleriansäure oder Milchsäure, oder deren Derivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid, oder einer Mischung oder einem Copolymer aus F) und G) undG) from acid and alcohol functionalized building blocks, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the alkyl chain, for example hydroxybutyric acid or hydroxyvaleric acid or lactic acid, or their derivatives, for example ε-caprolactone or dilactide, or a mixture or a copolymer of F) and G) and
H) einem Carbonatanteil, der aus aromatischen bifünktionellen Phenolen, bevor- zugt Bisphenol-A, und Carbonatspendern, beispielsweise Phosgen, hergestellt wurde.H) a carbonate component which was produced from aromatic bifunctional phenols, preferably bisphenol-A, and carbonate donors, for example phosgene.
Der Esteranteil F) und/oder G) muß mindestens 70 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus F), G) und H) beträgt;The ester fraction F) and / or G) must be at least 70% by weight, based on the sum of F), G) and H);
Aliphatische oder teilaromatische Polyesteramide ausAliphatic or partially aromatic polyester amides
I) einem Esteranteil aus linearen oder aromatischen Alkoholen, vorzugsweiseI) an ester fraction from linear or aromatic alcohols, preferably
C2-Cι2-Alkyldiolen, wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexandiol, be- vorzugt Butandiol und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen Alkoholen wie beispielsweise Cyclohexandimethanol und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C3-Cι2-Alkyldiolen, wie beispielsweise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Alkoholen, vorzugsweise C3-Cι -Alkylpolyole, wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol oder Trimethylolpropan sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren, vorzugsweise mit 2 bis 12 C- Atomen in der Alkylkette bzw. Phenyl- oder Naphtylringe, bevorzugt Adipin- säure, oderC 2 -C 2 alkyldiols, such as ethanediol, butanediol, hexanediol, preferably butanediol and / or cycloaliphatic bifunctional alcohols such as cyclohexanedimethanol and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, preferably C 3 -C 2 alkyldiols, such as Neopentylglycol, and additionally optionally small amounts of higher functional alcohols, preferably C 3 -C 8 alkyl polyols, such as 1,2,3-propanetriol or trimethylolpropane, and from linear and / or cycloaliphatic bifunctional, and additionally optionally small amounts of higher functional acids, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the alkyl chain or phenyl or naphthyl rings, preferably adipic acid, or
K) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen, vorzugsweise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Kohlenstoffkette, beispielsweise Hydroxybuttersäure oder Hydroxyvaleriansäure oder Milchsäure, oder deren Derivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,K) from acid- and alcohol-functionalized building blocks, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the carbon chain, for example hydroxybutyric acid or hydroxyvaleric acid or lactic acid, or their derivatives, for example ε-caprolactone or dilactide,
oder einer Mischung oder einem Copolymer aus I) und K) und L) einem Amidanteil aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen Ami- nen mit vorzugsweise 1 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette bzw. C5 oder Cβ cycloaliphatischen bifünktionellen Aminen und zusätzlich gegebenenfalls gerin- gen Mengen höherfünktionellen Aminen, unter den Aminen bevorzugt Isopho- rondiamin und besonders bevorzugt Hexamethylendiamin, sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren, vorzugsweise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette, bevorzugt Adipinsäure, oderor a mixture or a copolymer of I) and K) and L) an amide fraction of linear and / or cycloaliphatic bifunctional and / or optionally small amounts of branched bifunctional amines with preferably 1 to 12 C atoms in the alkyl chain or C 5 or Cβ cycloaliphatic bifunctional amines and additionally optionally small amounts of higher functional groups Amines, among the amines preferably isophoronediamine and particularly preferably hexamethylene diamine, and from linear and / or cycloaliphatic bifunctional and / or optionally small amounts of branched bifunctional and additionally optionally small amounts of higher functional acids, preferably with 2 to 12 carbon atoms in the alkyl chain, preferably adipic acid, or
M) aus einem Amidanteil aus säure- und aminfünktionalisierten cycloaliphatischen Bausteinen, vorzugsweise mit 4 bis 20 C-Atomen in der cycloaliphatischen Kette, bevorzugt ω-Laurinlactam und besonders bevorzugt ε-Caprolactam,M) from an amide portion of acid and amine functionalized cycloaliphatic building blocks, preferably with 4 to 20 carbon atoms in the cycloaliphatic chain, preferably ω-laurolactam and particularly preferably ε-caprolactam,
oder einer Mischung aus L) und M) als Amidanteil.or a mixture of L) and M) as an amide component.
Der Esteranteil A) und/oder B) muß mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus I), K), L) und M) betragen.The ester content A) and / or B) must be at least 30% by weight, based on the sum of I), K), L) and M).
Als Alkoholkomponente können jeweils auch teilweise oder vollständig statt der Diole monomere oder oligomere Polyole auf Basis Ethylenglykol, Propylenglykol, Tetrahy- drofüran oder Copolymere daraus mit Molekulargewichten (Gewichtsmittel) bis 4 000, bevorzugt bis 1 000, eingesetzt werden.As alcohol component, it is also possible in part or in whole to use monomeric or oligomeric polyols based on ethylene glycol, propylene glycol, tetrahydrofuran or copolymers thereof with molecular weights (weight average) of up to 4,000, preferably up to 1,000, instead of the diols.
Alle abbaubaren Polyesterurethane, Polyester, Polyestercarbonate und Polyesteramide haben ein Molgewicht von mindestens 10.000 g/mol und besitzen im allgemeinen eine statistische Verteilung der Ausgangsstoffe im Polymer. Bei polyurethantypischem Polymeraufbau, gegebenenfalls aus C) und D) sowie aus E) ist eine vollständig statistische Verteilung der Monomerbausteine nicht immer zu erwarten. Alle biologisch abbaubaren Polyesterurethane, Polyester, Polyestercarbonate und Polyesteramide, bevorzugt Polyesterurethane, können als Substanz, Lösung oder Dispersion, als Dispersion bevorzugt in Wasser, vorliegen.All degradable polyester urethanes, polyesters, polyester carbonates and polyester amides have a molecular weight of at least 10,000 g / mol and generally have a statistical distribution of the starting materials in the polymer. In the case of a typical polymer structure, possibly from C) and D) and from E), a completely statistical distribution of the monomer units is not always to be expected. All biodegradable polyester urethanes, polyesters, polyester carbonates and Polyesteramides, preferably polyester urethanes, can be present as a substance, solution or dispersion, preferably as a dispersion in water.
Die hieringenannten biologisch abbaubaren Polyesterurethane, Polyester, Polyestercarbonate und Polyesteramide können mit Füll- und Verstärkungsstoffen und/oder mit Verarbeitungshilfsmitteln wie beispielsweise Nukleierungshilfsmitteln, Entformungs- hilfsmitteln oder Stabilisatoren ausgestattet sein, wobei darauf zu achten ist, daß die biologische Abbaubarkeit nicht beeinträchtigt wird oder die verbliebenen Substanzen im Sinne einer Weiterbehandlung (z.B. Abwasserreinigung) unschädlich sind.The biodegradable polyester urethanes, polyesters, polyester carbonates and polyester amides mentioned here can be equipped with fillers and reinforcing materials and / or with processing aids such as, for example, nucleation aids, mold release agents or stabilizers, it being important to ensure that the biodegradability is not impaired or the remaining ones Substances in terms of further treatment (eg wastewater treatment) are harmless.
Geeignete Füll- und Verstärkungsstoffe können sein Mineralien wie beispielsweise Kaolin, Kreide, Gips, Kalk oder Talk oder Naturstoffe wie beispielsweise Stärke oder modifizierte Stärke, Cellulose oder Cellulosederivate oder Celluloseprodukte, Holzmehl oder Naturfasern wie beispielsweise Hanf, Flachs, Raps oder Ramie.Suitable fillers and reinforcing materials can be minerals such as kaolin, chalk, gypsum, lime or talc or natural substances such as starch or modified starch, cellulose or cellulose derivatives or cellulose products, wood flour or natural fibers such as hemp, flax, rapeseed or ramie.
Die hieringenannten biologisch abbaubaren Polyesterurethane, Polyestercarbonate und Polyesteramide können miteinander und auch mit anderen Blendpartnern gemischt werden, wobei darauf zu achten ist, daß die verbliebenen Substanzen im Sinne einer Weiterbehandlung (z.B. Abwasserreinigung) unschädlich sind. Als weitere Blendpartner können andere biologisch abbaubare oder biologisch nicht abbaubareThe biodegradable polyester urethanes, polyester carbonates and polyester amides mentioned here can be mixed with each other and also with other blend partners, whereby it must be ensured that the remaining substances are harmless in terms of further treatment (e.g. wastewater treatment). Other biodegradable or non-biodegradable can be used as additional blend partners
Polymere verwendet werden.Polymers are used.
Für den biologischen Abbau der hieringenannten biologisch abbaubaren Polymere werden diese in eine wässrigen Nährlösung eingebracht und mit einer Reinkultur oder einer Mischkultur der Mikroorganismen beimpft. Folgende Mikroorganismen können eingesetzt werden: Paenibaccillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromocrobium spec, Thermobiψora bispora, Bacillus spec. RNA-Gruppe V, Brevibacillus spec. Bevorzugt wird der Abbau mit den folgenden Mikroorganismen durchgeführt: Paenibaccillus lautus (DSMZ 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Aeromicrobium spec. (DSM 11872) und Thermobispora bispora (DSM 11873). Der Abbau der Polymere geschieht in einer wässrigen Lösung, derFor the biodegradation of the biodegradable polymers mentioned here, they are introduced into an aqueous nutrient solution and inoculated with a pure culture or a mixed culture of the microorganisms. The following microorganisms can be used: Paenibaccillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromocrobium spec, Thermobiψora bispora, Bacillus spec. RNA group V, Brevibacillus spec. Degradation is preferably carried out with the following microorganisms: Paenibaccillus lautus (DSMZ 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Aeromicrobium spec. (DSM 11872) and Thermobispora bispora (DSM 11873). The degradation of the polymers takes place in an aqueous solution
Nährsalze zugesetzt werden und die belüftet werden kann. Die Nährlösung besteht beispielsweise aus den folgenden Komponenten (pro Liter): K2HPO4, 3,5 g; NaH2PO x 2 H2O, 3,5 g; NHtNOs, 0,5 g; MgSO4 x 7 H2O, 0,2 g; Spurenelementlösung 1,0 ml (Hormann und Andreesen, 1989, Ach. Microbiol.,153, 50-59); Vitaminlösung, 1,0 ml (Pfenning, N., Lippert, D., 1966, Arch. Mikrobiol. 55:245-256); Hefeextrakt, 0,05 g; CaCl2 x 2 H2O, 0,05 g. Der pH-Wert wurde mit 5 M KOH auf 7,0 eingestellt. Die Nährlösung kann zuvor sterilisiert worden sein.Nutrient salts are added and which can be aerated. The nutrient solution consists, for example, of the following components (per liter): K 2 HPO 4 , 3.5 g; NaH 2 PO x 2 H 2 O, 3.5 g; NHtNOs, 0.5 g; MgSO 4 x 7 H 2 O, 0.2 g; Trace element solution 1.0 ml (Hormann and Andreesen, 1989, Ach. Microbiol., 153, 50-59); Vitamin solution, 1.0 ml (Pfenning, N., Lippert, D., 1966, Arch. Mikrobiol. 55: 245-256); Yeast extract, 0.05 g; CaCl 2 x 2 H 2 O, 0.05 g. The pH was adjusted to 7.0 with 5 M KOH. The nutrient solution may have been sterilized beforehand.
Der Abbau kann bei Temperaturen zwischen 15 und 70, bevorzugt bei Temperaturen zwischen 25 und 60 und besonders bevorzugt bei 30-50 °C durchgeführt werden. Der Abbau kann bei einem pH-Wert zwischen pH 4,0 und 9,0, bevorzugt bei pH-Werten zwischen 5,0 und 8,0 und besonders bevorzugt bei pH 6,0-7,0 durchgeführt werden.The degradation can be carried out at temperatures between 15 and 70, preferably at temperatures between 25 and 60 and particularly preferably at 30-50 ° C. The degradation can be carried out at a pH between pH 4.0 and 9.0, preferably at pH values between 5.0 and 8.0 and particularly preferably at pH 6.0-7.0.
Es kann eine allgemein bekannte Nährlösung verwendet werden (Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie, Thieme 1992).A generally known nutrient solution can be used (Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie, Thieme 1992).
Obiges Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen während derThe above process is characterized in that the microorganisms during the
Inkubation wachsen und dabei das Polymer abbauen.Incubation grow while degrading the polymer.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die erfindungsgemäßen Bakterien vor der Behandlung des biologisch abbaubaren Polymers kultiviert werden. Dieser Lösung werden die biologisch abbaubaren Polymere dann zugesetzt. Die Anzucht der erfindungsgemäßen Mikroorganismen kann in der oben beschriebenen Nährlösung durchgeführt werden.Another method according to the invention is characterized in that the bacteria according to the invention are cultivated before the treatment of the biodegradable polymer. The biodegradable polymers are then added to this solution. The microorganisms according to the invention can be grown in the nutrient solution described above.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro- Organismen auf dem Polymer, Oligomeren oder Monomeren in einer wässrigen Nährlösung angezogen werden um aus der Bakterienkultur die gebildeten Enzyme anzureichern, zu reinigen oder zu konzentrieren um letztere für einen enzymatischen Polymerabbau einzusetzen. Dabei können die in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Anzucht der Mikroorganismen sowie zur Anreicherung, Aufreinigung oder Konzentrierung von Enzymen angewandt werden. Ein weiteres erfindungsgemaßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gene der Enzyme, die die Polymere abzubauen vermögen, aus den erfindungsgemaßen Bakterien isoliert werden, auf andere Mikroorganismen übertragen werden und in diesen Mikroorganismen die Polymer abbauenden Enzyme dann hergestellt werden Dabei können die in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Klonierung von Genen und zur Expression von Proteinen angewandt werdenAnother method according to the invention is characterized in that the microorganisms on the polymer, oligomers or monomers are grown in an aqueous nutrient solution in order to enrich, purify or concentrate the enzymes formed from the bacterial culture in order to use the latter for enzymatic polymer degradation. The methods described in the literature for growing the microorganisms and for enriching, purifying or concentrating enzymes can be used. Another method according to the invention is characterized in that the genes of the enzymes which are able to degrade the polymers are isolated from the bacteria according to the invention, are transferred to other microorganisms and the polymer-degrading enzymes are then produced in these microorganisms Methods for cloning genes and for expression of proteins are used
Das Verfahren kann auf verschiedene Weise durchgeführt werdenThe process can be carried out in various ways
Das Polymer wird der wässrigen mit Bakterien beimpften Nährlösung zugesetzt Das biologisch abbaubare Polymer kann als Film, Folie oder Granulat zugesetzt werden Formkorper können als Ganzes oder zerkleinert zugesetzt werden Beschichtete oder verklebte Materialien oder Materialien, bei denen mit biologisch abbaubaren Polymeren Beschichtungen aufgetragen wurden oder Verklebungen erzeugt wurden, wie beispielsweise Papier oder Pappe sowie beschichtetes Papier oder beschichtete Pappe, können als Ganzes oder zerkleinert der Nährlösung, die die erfindungsgemaßen Bakterien enthält, zugesetzt werdenThe polymer is added to the aqueous nutrient solution inoculated with bacteria. The biodegradable polymer can be added as a film, film or granulate. Shaped bodies can be added as a whole or crushed. Coated or bonded materials or materials in which coatings have been applied or created with biodegradable polymers , such as paper or cardboard and coated paper or coated cardboard, can be added as a whole or crushed to the nutrient solution containing the bacteria according to the invention
Weiter kann man die Bakterien enthaltende wassrige Nährlösung durch Aufsprühen auf die abzubauende Beschichtung oder den abzubauenden Formkorper auftragen oder aufsprühenFurthermore, the aqueous nutrient solution containing bacteria can be applied or sprayed onto the coating to be broken down or the molded body to be broken down
Das beschriebene Verfahren des mikrobiellen Abbaus von biologisch abbaubaren Polymeren (=BAP) sowie daraus hergestellten Blends kann erfindungsgemäß beispielsweise eingesetzt werden zum bzw. zurThe described method of microbial degradation of biodegradable polymers (= BAP) and blends made therefrom can be used according to the invention, for example
Einschluß von Chemikalien, Wirkstoffen, Hormonen, Hilfsmitteln, Enzymen, Mikroorganismen, Pflanzensamen in BAP (z B Kapseln und Mikrokapseln) und deren gezielter Freisetzung durch den Zusatz von Enzymen Einsatz von BAP als Kleber oder Binder zum Herstellen von Verbundmaterialien oder Formteilen aus nicht formbaren Materialien mit dem Ziel, diese durch Zusatz von bakterienhaltiger Lösung wieder aufzulösen.Inclusion of chemicals, active substances, hormones, auxiliaries, enzymes, microorganisms, plant seeds in BAP (e.g. capsules and microcapsules) and their targeted release through the addition of enzymes Use of BAP as an adhesive or binder to produce composite materials or molded parts from non-moldable materials with the aim of dissolving them again by adding a solution containing bacteria.
- Einsatz von BAP zur Herstellung polymerer Verbünde wie beispielsweise- Use of BAP for the production of polymer composites such as
Holzverbunde für Verschalungen (z.B. Bauverschalungen) mit dem Ziel, diese durch Zusatz von bakterienhaltiger Lösung aufzulösen bzw. ihre Ablösbarkeit zu beschleunigenWood composites for formwork (e.g. building formwork) with the aim of dissolving them by adding a solution containing bacteria or accelerating their detachability
- Einsatz von BAP zum Beschichten, Verkleben oder Leimen von Pappe oder- Use of BAP for coating, gluing or gluing cardboard or
Papier mit dem Ziel, BAP mikrobiell abzubauen und zu entfernen. Dieses umfaßt insbesondere das Recycling von beschichtetem und/oder geleimtem Papier, Kaschierfolien oder Blisterverpackungen. Dieses umfaßt auch Blends aus BAP und nicht abbaubaren Polymeren, die durch die mikrobielle Behandlung ab- oder auflösbar werden. Dies umfaßt weiter das Beschichten von Pappe oder Papier mitPaper with the aim of microbially degrading and removing BAP. This includes in particular the recycling of coated and / or sized paper, laminating foils or blister packs. This also includes blends made from BAP and non-degradable polymers, which can be removed or dissolved by the microbial treatment. This also includes the coating of cardboard or paper
BAP mit dem Ziel, schwer ablösbare Druckfarben (z.B. solche, die mit UV vernetzbar sind) mit Hilfe von Mikroorganismen in einem Deinkingprozeß zu entfernen.BAP with the aim of removing printing inks that are difficult to remove (e.g. those that can be crosslinked with UV) with the help of microorganisms in a deinking process.
- Einsatz von BAP zum Verkleben oder Beschichten von Pappe oder Papier mit anderen Kunststoffen, Lacken oder metallischen Materialien insbesondere Aluminium mit dem ZieL BAP mikrobiell abzubauen und so die anderen Kunststoffe, Lacke oder Metalle zu entfernen um sie gegebenenfalls zu recyclen. Folgende Kunststoffe oder Lacke sind u. a. erfindungsgemäß: Polyester, Polyamide, Polyurethane, Polyolefine insbesondere Polyethylen und Polypropylen, Polyacry- late, Elastomere wie Kautschuk und seine Derivate, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Celluloseester, Acrylnitril enthaltende Styrolbutadienpolymere und Melaninharze. Dieses umfaßt insbesondere das Recycling von beschichtetem Papier, Kaschierfolien oder Blisterverpackungen. Einsatz von BAP als Binder für das Aufbringen von Mikrokapseln auf kohlefreie Durchschreibepapiere mit dem Ziel, den Binder selektiv durch ausgewählte Bakterien zu entfernen um das Papier zu recyclen.- Use BAP to glue or coat cardboard or paper with other plastics, lacquers or metallic materials, especially aluminum, with the ZieL BAP microbially and thus remove the other plastics, lacquers or metals in order to recycle them if necessary. The following plastics or lacquers are, inter alia, according to the invention: polyesters, polyamides, polyurethanes, polyolefins, in particular polyethylene and polypropylene, polyacrylates, elastomers such as rubber and its derivatives, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, cellulose esters, acrylonitrile-containing styrene-butadiene polymers and melanin resins. This includes in particular the recycling of coated paper, laminating films or blister packs. Use of BAP as a binder for applying microcapsules to carbonless carbonless papers with the aim of selectively removing the binder by selected bacteria in order to recycle the paper.
Einsatz von Formkörpern, Flächengebilden, Verklebungen, Beschichtungen oder Schäumen aus BAP mit dem Ziel, diese durch eine Vorbehandlung mit ausgewählte Bakterien abzubauen. Dies umfaßt insbesondere die Verflüssigung mit dem Ziel, die BAP nach Nutzung als Abfall über eine Kläranlage zu entsorgen oder das Volumen des Abfalls zu reduzieren.Use of moldings, flat structures, bonds, coatings or foams made of BAP with the aim of breaking them down by pretreating them with selected bacteria. This particularly includes liquefaction with the aim of disposing of the BAP after use as waste via a sewage treatment plant or to reduce the volume of the waste.
Herstellung von Formkörpern, Flächengebilden, Schäumen oder Beschichtungen die durch den Zusatz geeigneter Enzyme gezielt porenhaltig gemacht werden können.Manufacture of moldings, fabrics, foams or coatings that can be made specifically porous by adding suitable enzymes.
- Herstellung von Fasern, Geweben, Textilien aus BAP, die durch den Einsatz von den erfindungsgemäßen Bakterien aufgelöst oder in ihrem Volumen reduziert werden können.- Production of fibers, fabrics, textiles made of BAP, which can be dissolved or reduced in volume by the use of the bacteria according to the invention.
Einsatz von ausgewählte Bakterien zum Abbau von BAP mit dem Ziel, daraus wassrige Dispersionen herzustellen.Use of selected bacteria to break down BAP with the aim of producing aqueous dispersions from it.
Selektive Entfernung von Beschichtungen, Überzügen, Hüllen oder Lacken aus BAP mit Hilfe von ausgewählte Mikroorganismen.Selective removal of coatings, coatings, covers or varnishes from BAP with the help of selected microorganisms.
- Hersteilung von Oligomeren aus BAP mit Hilfe von Bakterien.- Production of oligomers from BAP with the help of bacteria.
Herstellung von Flächengebilden, Formkörpern, Schäumen oder Beschichtungen, die Chemikalien, Wirkstoffe, Hilfsmittel, Enzyme, Mikroorganismen oder Pflanzensamen enthalten können, um diese auszubringen und durch bakteriellen Abbau dann freizusetzen. Herstellung von Veφackungen aus BAP jeder Art mit dem Ziel, das Verpackte zu behandeln und nach der Behandlung durch Zusatz von Bakterien wieder freizusetzen. Dies betrifft insbesondere die Sammlung von Nahrungsmittelresten oder anderen Gütern in Folien aus BAP mit dem Ziel, diese zu sterilisieren, steril zu lagern und dann durch Zusatz von Mikroorganismen wieder freizusetzen.Manufacture of fabrics, moldings, foams or coatings that can contain chemicals, active ingredients, auxiliaries, enzymes, microorganisms or plant seeds in order to apply them and then release them through bacterial degradation. Production of packaging from BAP of all kinds with the aim of treating the packaged product and releasing it after the treatment by adding bacteria. This applies in particular to the collection of food residues or other goods in films made from BAP with the aim of sterilizing them, storing them sterile and then releasing them again by adding microorganisms.
Einsatz von BAP zur Herstellung von Druckfarben, mit dem Ziel, eine bakteriell auf- und/oder ablösbare Farbe für einen bakteriellen Deinkingprozess herzustellen.Use of BAP for the production of printing inks with the aim of producing a bacterially resolvable and / or detachable ink for a bacterial deinking process.
- Einsatz von BAP zum Veφacken von Wirkstoffen oder toxischen Verbindungen insbesondere Pflanzenschutzmitteln mit dem Ziel, eine bakteriell auflösbare Veφackung oder ein bakteriell auflösbares inlay herzustellen, das ein schad- stofffreies Recycling der Umveφackung ermöglicht.- Use of BAP for packaging active substances or toxic compounds, in particular pesticides, with the aim of producing a bacterially dissolvable packaging or a bacterially dissolvable inlay that enables the repackaging to be recycled without harmful substances.
- Einsatz von BAP zum Sammeln von Abfällen insbesondere Fäkalien mit dem Ziel, die Veφackung nach der Sammlung mit Hilfe von Bakterien aufzulösen um das Veφackte freizusetzen und/oder zu entsorgen.- Use of BAP to collect waste, in particular faeces, with the aim of using bacteria to dissolve the packaging after collection in order to release and / or dispose of the packaging.
Einsatz vom BAP in Kombination mit anderen Werkstoffen oder als deren Beschichtung (z.B. Metallen oder nicht abbaubaren Kunststoffen) mit dem Ziel, die BAP nach Nutzung bakteriell abzubauen um die anderen Werkstoffe zurückzugewinnen. Dies gilt insbesondere für das Recycling von elektronischen Bauelementen.Use of the BAP in combination with other materials or as their coating (e.g. metals or non-degradable plastics) with the aim of bacterially degrading the BAP after use in order to recover the other materials. This applies in particular to the recycling of electronic components.
- Einsatz einer Kombination von BAP und Mikroorganismen mit dem Ziel, die BAP mit Bakterien zu behandeln, um deren biologische Abbaubarkeit in einem Kom- postieφrozeß oder einem anaeroben Behandlungsprozeß zu beschleunigen. Beispiele- Use of a combination of BAP and microorganisms with the aim of treating the BAP with bacteria in order to accelerate their biodegradability in a composting process or an anaerobic treatment process. Examples
1. Granulat aus Polyesteramid aus 60 Gew.-% Caprolactam und 40 Gew.-% Ester aus Adipinsäure und Butandiol statistisch copolycondensiert mit einer relativen Lösungsviskosität von 2,5, gemessen an einer l-gew.-%igen Lösung in meta-1. Granules of polyester amide from 60% by weight of caprolactam and 40% by weight of ester from adipic acid and butanediol, randomly copolycondensed with a relative solution viscosity of 2.5, measured on a 1% by weight solution in meta-
Kresol bei 20°C wird in ein festes Nährmedium eingebracht. Für die Erstellung des festen Mediums wurde der oben beschriebenen Nährlösung [aus den folgenden Komponenten (pro Liter): K2HPO , 3,5 g; NaH PO4 x 2 H O, 3,5 g; NH4NO3, 0,5 g; MgSO4 x 7 H2O, 0,2 g; Spurenelementlösung 1,0 ml (Hormann und Andreesen, 1989, Arch. Microbiol.,153, 50-59); Vitaminlösung, 1,0 ml (Pfenning, N., Lippert, D., 1966, Arch. Mikrobiol. 55:245- 256); Hefeextrakt, 0,05 g; CaCl2 x 2 H2O, 0,05 g. Der pH-Wert wurde mit 5 M KOH auf 7,0 eingestellt.] 10,0 g Agar hinzugefügt und die Lösung bei 121°C für 20 min autoklaviert. Der Kunststoff wurde getrennt von dem Medium in Ethanol p.a. gelöst und bei 70°C für 30 min sterilisiert (2,0 gCresol at 20 ° C is placed in a solid nutrient medium. To create the solid medium, the nutrient solution described above was [from the following components (per liter): K 2 HPO, 3.5 g; NaH PO 4 x 2 HO, 3.5 g; NH4NO 3 , 0.5 g; MgSO 4 x 7 H 2 O, 0.2 g; Trace element solution 1.0 ml (Hormann and Andreesen, 1989, Arch. Microbiol., 153, 50-59); Vitamin solution, 1.0 ml (Pfenning, N., Lippert, D., 1966, Arch. Mikrobiol. 55: 245-256); Yeast extract, 0.05 g; CaCl 2 x 2 H 2 O, 0.05 g. The pH was adjusted to 7.0 with 5 M KOH.] 10.0 g of agar were added and the solution was autoclaved at 121 ° C. for 20 min. The plastic was separated from the medium in ethanol pa and sterilized at 70 ° C for 30 min (2.0 g
Granulat in 100 ml Ethanol pro Liter Medium). Die beiden Lösungen wurden direkt vor dem Gießen der Agaφlatten zusammengegeben
Figure imgf000017_0001
50°C,
Figure imgf000017_0002
70°C). So entstanden Platten mit einer gleichmäßigen Trübung. Darauf wurden die erfindungsgemäßen Mikroorganismenstämme {Paenibaccillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DMS 11871),
Granules in 100 ml ethanol per liter medium). The two solutions were put together just before pouring the Agaφlatten
Figure imgf000017_0001
50 ° C,
Figure imgf000017_0002
70 ° C). This resulted in panels with a uniform turbidity. The microorganism strains according to the invention {Paenibaccillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DMS 11871),
Aeromicrobium spec. (DSM 11872)) mit einer Impfbse ausgestrichen und die Platten bei 27-37°C einige Tage bis zu mehreren Wochen inkubiert. Das Wachstum der Mikroorganismen wurde alle 1-5 Tage kontrolliert. Der Abbau des Polymers wird durch Bildung eines klaren Hofes um eine Kolonie detektiert.Aeromicrobium spec. (DSM 11872)) with a vaccine pea and the plates incubated at 27-37 ° C for several days to several weeks. The growth of the microorganisms was checked every 1-5 days. The degradation of the polymer is detected by the formation of a clear courtyard around a colony.
2. In ähnlicher Weise wie unter 1. beschrieben wurden thermophile Mikroorganismen (Thermobiψora biψora (DSM 11873), Bacillus ψec. RNA- Gruppe V, Brevibacillus spec.) kultiviert. Die Inkubation erfolgte hier jedoch abweichend bei 60°C. Zur Vermeidung der vorzeitigen Austrocknung der2. Thermophilic microorganisms (Thermobiψora biψora (DSM 11873), Bacillus ψec. RNA group V, Brevibacillus spec.) Were cultivated in a similar manner to that described under 1.) Incubation took place at 60 ° C. To avoid premature drying of the
Platten wurden diese in einer nicht luftdicht abgeschlossenen Kiste inkubiert, die eine kleine Schale mit Wasser enthielt. Nach einigen Tagen wurde der Abbau des Polymers durch Bildung eines klaren Hofes um eine Kolonie sichtbar.Plates were incubated in an unsealed box containing a small bowl of water. After a few days the Degradation of the polymer visible through the formation of a clear courtyard around a colony.
3. Für die Kultivierung von halophilen Organismen (Bacillus pumilus (DSM 11871)) wurde das unter 1. beschriebene Medium durch 30,0 g NaCl ergänzt.3. For the cultivation of halophilic organisms (Bacillus pumilus (DSM 11871)), the medium described under 1. was supplemented by 30.0 g NaCl.
Die Inkubation der auf diesem salzreichen Medium ausgestrichenen Mikroorganismen erfolgte bei 27°C. Nach 4-8 Wochen bildeten sich um die Kolonien ein deutlich sichtbarer Hof.The microorganisms spread on this salt-rich medium were incubated at 27 ° C. After 4-8 weeks, a clearly visible courtyard formed around the colonies.
4. Es wurden 1,0 ml einer Bakteriensuspension eines Stammes (Paenibaccillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Thermobiψora biψora (DSM 11873), Aeromicrobium spec. (DSM 11872)) auf einer Agarplatte gleichmäßig ausgebracht. Nachdem die Platte durch den Organismus vollständig bewachsen war und nach Polymer-Abbau durchgehen klar geworden war wurde der Agar durch Agarase (Fluka, Neu-Ulm; Aktivität: 6,4 U/mg) aufgelöst. Dazu wurden zuerst die Mikroorganismen von den Platten abgespült. Die Agarplatte wurde mit einem Spatel in ein 50 ml Falconröhrchen überfuhrt. Der Ansatz wurde ohne Enzym auf 100°C erhitzt und so der Agar aufgelöst. Danach wurde der Ansatz auf 48°C abgekühlt und 250 μl einer 0, 1 % (wt/vol) Lösung der Agarase hinzugegeben. Die Inkubation des Agars mit dem Enzym erfolgte bei 48°C auf der Schüttelmaschine. Die Inkubation der Ansätze wurde nach vollständiger Lyse des Agars durch Erhitzen des gesamten Probe auf 90°C für 30 min abgebrochen. Nach Abkühlung des Ansatzes wurde bei 12.000 φm und 4°C für 15 min zentrifügiert. Der Überstand wurde sterilfiltriert. In der erhaltenen Lösung wurde der Gehalt an Adipinsäure und4. 1.0 ml of a bacterial suspension of a strain (Paenibaccillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Thermobiψora biψora (DSM 11873), Aeromicrobium spec. (DSM 11872)) were applied uniformly to an agar plate. After the plate had been completely covered by the organism and had become clear after polymer degradation, the agar was dissolved by agarase (Fluka, Neu-Ulm; activity: 6.4 U / mg). For this purpose, the microorganisms were first rinsed off the plates. The agar plate was transferred with a spatula into a 50 ml falcon tube. The mixture was heated to 100 ° C. without enzyme and the agar was dissolved. The mixture was then cooled to 48 ° C. and 250 μl of a 0.1% (wt / vol) solution of the agarase were added. The agar was incubated with the enzyme at 48 ° C. on the shaker. The incubation of the batches was stopped after complete lysis of the agar by heating the entire sample to 90 ° C. for 30 min. After the mixture had cooled, centrifugation was carried out at 12,000 φm and 4 ° C. for 15 minutes. The supernatant was sterile filtered. The content of adipic acid and
Aminocapronsäure bestimmt. Adipinsäure und Aminocapronsäure sind zwei der Monomere, aus denen das untersuchte Polymer aufgebaut ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1: Nachgewiesene Abbauprodukte des Polyesteramids nach bakteriellem AbbauDetermines aminocaproic acid. Adipic acid and aminocaproic acid are two of the monomers that make up the polymer under investigation. The results are summarized in Table 1. Table 1: Proven degradation products of the polyester amide after bacterial degradation
Figure imgf000019_0001
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n.n. nicht nachweisbar (Gehalt liegt unter der Nachweisgrenze) n.n. undetectable (content is below the detection limit)

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum bakteriellen Abbau von biologisch abbaubaren Polymeren durch mindestens einen der Stämme der Bakterienarten Paenibaccillus lautus (DSM 11870, Hinterlegungsdatum 24.11.97), Bacillus pumilus (DSM 11871,1. Process for the bacterial degradation of biodegradable polymers by at least one of the strains of the bacterial species Paenibaccillus lautus (DSM 11870, filing date November 24, 1997), Bacillus pumilus (DSM 11871,
Hinterlegungsdatum 24.11.97, Aeromicrobium spec. (DSM 11872, Hinterlegungsdatum 24.11.97), Thermobiψora biψora (DSM 11873, Hinterlegungsdatum 24.11.97), Bacillus spec. RNA-Gruppe V, Brevibacillus spec. sowie den aus ihnen zu gewinnenden Esterasen, Lipasen oder Oligo- amidasen, wobei man die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Polymere in eine wäßrige Nährlösung einbringt und diese mit einer Reinkultur oder einer Mischkultur der genannten Bakterienarten beimpft.Filing date 11/24/97, Aeromicrobium spec. (DSM 11872, filing date November 24, 1997), Thermobiψora biψora (DSM 11873, filing date November 24, 1997), Bacillus spec. RNA group V, Brevibacillus spec. as well as the esterases, lipases or oligo amidases to be obtained from them, the biodegradable polymers according to the invention being introduced into an aqueous nutrient solution and inoculated with a pure culture or a mixed culture of the bacterial species mentioned.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer als Film, Folie, Granulat oder als Beschichtung, als Ganzes oder zerkleinert vorliegt.2. The method according to claim 1, wherein the polymer is present as a film, film, granules or as a coating, as a whole or comminuted.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei als biologisch abbaubare Polymere aliphatische oder teilaromatische Polyester, thermoplastische aliphatische oder teilaromatische Polyesterurethane, die auch Harnstoffgruppen aufweisen können, aliphatisch- aromatische Polyestercarbonate und/oder aliphatische oder teilaromatische Polyesteramide eingesetzt werden.3. The method according to claim 1, wherein as biodegradable polymers aliphatic or partially aromatic polyesters, thermoplastic aliphatic or partially aromatic polyester urethanes, which may also have urea groups, aliphatic-aromatic polyester carbonates and / or aliphatic or partially aromatic polyester amides are used.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei als Polymere eingesetzt werden:4. The method according to claim 1 to 3, wherein the polymers used are:
Aliphatische oder teilaromatische Polyester ausAliphatic or partially aromatic polyester
A) linearen bifünktionellen Alkoholen und gegebenenfalls cycloaliphatischen bifünktionellen Alkoholen und gegebenenfalls verzweigten bifünktionellenA) linear bifunctional alcohols and optionally cycloaliphatic bifunctional alcohols and optionally branched bifunctional alcohols
Alkoholen und zusätzlich gegebenenfalls höherfünktionellen Alkoholen sowie aus aliphatischen bifünktionellen Säuren und/oder gegebenenfalls aromatischen bifünktionellen Säuren und zusätzlich gegebenenfalls höherfünktionellen Säuren oder B) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen oder deren DerivatenAlcohols and additionally optionally higher functional alcohols as well as from aliphatic bifunctional acids and / or optionally aromatic bifunctional acids and additionally optionally higher functional acids or B) from acid and alcohol functionalized building blocks or their derivatives
oder einer Mischung oder einem Copolymer aus A und B,or a mixture or a copolymer of A and B,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil bezogen auf alle Säuren, ausmachen, und die Säuren auch in Form von Derivaten eingesetzt werden können;wherein the aromatic acids make up no more than 50 wt .-% based on all acids, and the acids can also be used in the form of derivatives;
aliphatische oder teilaromatische Polyesterurethane, die auch Harnstoffgruppen aufweisen können, ausaliphatic or partially aromatic polyester urethanes, which may also have urea groups
C) einem Esteranteil aus bifünktionellen Alkoholen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen oder polycyclischen aliphatischen Alkoholen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellenC) an ester fraction of bifunctional alcohols and / or cycloaliphatic bifunctional or polycyclic aliphatic alcohols and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols
Alkoholen und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Alkoholen, sowie aus aliphatischen bifünktionellen Säuren und/oder gegebenenfalls aromatischen bifünktionellen Säuren und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren oderAlcohols and, if appropriate, small amounts of higher-functional alcohols, as well as from aliphatic bifunctional acids and / or optionally aromatic bifunctional acids and additionally optionally small amounts of higher-functional acids or
D) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen, oder deren Derivaten, oder einer Mischung oder einem Copolymer aus C und D, undD) from acid and alcohol functionalized building blocks, or their derivatives, or a mixture or a copolymer of C and D, and
E) aus dem Reaktionsprodukt C und/oder D mit aliphatischen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und zusätzlich gegebenenfalls höherfünktionellen Isocyanaten, gegebenenfalls zusätzlich mit linearen und/oder verzweigten und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder höherfünktionellen Alkoholen, und/oder gegebenenfalls zusätz- lieh mit linearen und/oder verzweigten und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder höherfünktionellen Dialkylaminen oder Aminoalkoholen und oder gegebenenfalls weitere modifizierte Amine oder Alkohole als freie Säure oder Salz,E) from the reaction product C and / or D with aliphatic and / or cycloaliphatic bifunctional and additionally optionally higher-functional isocyanates, optionally additionally with linear and / or branched and / or cycloaliphatic bifunctional and / or higher-functional alcohols, and / or optionally additionally on loan linear and / or branched and / or cycloaliphatic bifunctional and / or higher functional dialkylamines or Amino alcohols and or optionally further modified amines or alcohols as free acid or salt,
wobei der Esteranteil C) und/oder D) mindestens 75 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus C), D) und E), beträgt;wherein the ester fraction C) and / or D) is at least 75% by weight, based on the sum of C), D) and E);
Aliphatisch-aromatische Polyestercarbonate ausAliphatic-aromatic polyester carbonates
F) einem Esteranteil aus linearen bifünktionellen Alkoholen, und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen Alkoholen, und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen Alkoholen, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Alkoholen, sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren,F) an ester fraction from linear bifunctional alcohols, and / or cycloaliphatic bifunctional alcohols, and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, and additionally optionally small amounts of higher functional alcohols, and from linear and / or cycloaliphatic bifunctional and additionally optionally small amounts of higher functional acids,
oderor
G) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen, oder deren Derivaten,G) from acid- and alcohol-functionalized building blocks, or their derivatives,
oder einer Mischung oder einem Copolymer aus F) und G) undor a mixture or a copolymer of F) and G) and
H) einem Carbonatanteil, der aus aromatischen bifünktionellen Phenolen, und Carbonatspendern hergestellt wird, wobeiH) a carbonate portion, which is made from aromatic bifunctional phenols, and carbonate donors, wherein
der Esteranteil F) und/oder G) mindestens 70 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus F), G) und H) beträgt;the ester fraction F) and / or G) is at least 70% by weight, based on the sum of F), G) and H);
Aliphatische oder teilaromatische Polyesteramide ausAliphatic or partially aromatic polyester amides
I) einem Esteranteil aus linearen oder aromatischen Alkoholen, und/oder cycloaliphatischen bifiinktionellen Alkoholen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen Alkoholen, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Alkoholen, sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren, oderI) an ester fraction from linear or aromatic alcohols, and / or cycloaliphatic bifunctional alcohols and / or optionally small amounts of branched bifunctional alcohols, and additionally optionally small amounts of higher functional alcohols, and from linear and / or cycloaliphatic bifunctional, and additionally optionally small amounts of higher functional acids, or
K) aus säure- und alkoholfünktionalisierten Bausteinen, oder deren Derivaten,K) from acid- and alcohol-functionalized building blocks, or their derivatives,
oder einer Mischung oder einem Copolymer aus I) und K) undor a mixture or a copolymer of I) and K) and
L) einem Amidanteil aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen Aminen und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen hö- herfünktionellen Aminen, sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifünktionellen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifünktionellen und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfünktionellen Säuren, oderL) an amide content of linear and / or cycloaliphatic bifunctional and / or optionally small amounts of branched bifunctional amines and additionally optionally small amounts of higher functional amines, and of linear and / or cycloaliphatic bifunctional and / or optionally small amounts of branched bifunctional and additionally optionally small amounts Amounts of higher functional acids, or
M) aus einem Amidanteil aus säure- und aminfünktionalisierten cycloaliphatischen Bausteinen, vorzugsweise mit 4 bis 20 C-Atomen in der cycloaliphatischen Kette, bevorzugt ω-Laurinlactam und besonders bevorzugt ε-Caprolactam,M) from an amide portion of acid and amine functionalized cycloaliphatic building blocks, preferably with 4 to 20 carbon atoms in the cycloaliphatic chain, preferably ω-laurolactam and particularly preferably ε-caprolactam,
oder einer Mischung aus L) und M) als Amidanteil, wobei der Esteranteil A) und/oder B) mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus I), K), L) und M) beträgt,or a mixture of L) and M) as the amide portion, the ester portion A) and / or B) being at least 30% by weight, based on the sum of I), K), L) and M),
wobei als Alkoholkomponente jeweils teilweise oder vollständig statt der Diole monomere oder oligomere Polyole auf Basis Ethylenglykol, Propylen- glykol, Tetrahydrofüran oder Copolymere daraus mit Molekulargewichten (Gewichtsmittel) bis 4 000, bevorzugt bis 1 000, eingesetzt werden können. where, as the alcohol component, monomeric or oligomeric polyols based on ethylene glycol, propylene glycol, tetrahydrofuran or copolymers thereof with molecular weights (weight average) of up to 4,000, preferably up to 1,000, can be used in part or in full instead of the diols.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, wobei als Bakterienart Paenibacillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromicrobium spec, Thermobiψora biψora, Bacillus spec. RNA-Gruppe V, Brevibacillus ψec. verwendet wird.5. The method according to claim 1 to 4, wherein as a bacterial species Paenibacillus lautus, Bacillus pumilus, Aeromicrobium spec, Thermobiψora biψora, Bacillus spec. RNA group V, Brevibacillus ψec. is used.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, wobei die Temperatur zwischen 15 und 70°C liegt.6. The method according to claim 1 to 5, wherein the temperature is between 15 and 70 ° C.
7. Mikroorganismen der Bakterienarten Paenibacillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Thermobiψora biψora (DSM 11873) und7. Microorganisms of the bacterial species Paenibacillus lautus (DSM 11870), Bacillus pumilus (DSM 11871), Thermobiψora biψora (DSM 11873) and
Aeromicrobium spec. (DSM 11872), Hinterlegungsdatum jeweils 24.11.97) sowie deren Mutanten und Varianten, welche die Fähigkeit besitzen, die in den vorhergehenden Ansprüchen genannten Polymere abzubauen. Aeromicrobium spec. (DSM 11872), filing date each November 24, 1997) and their mutants and variants which have the ability to degrade the polymers mentioned in the preceding claims.
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