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Title:
BIOLOGICALLY DEGRADABLE FOAMED MATERIAL PARTICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/012706
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing expandable polymer particles on the basis of a mixture of A. a biologically degradable aliphatic/aromatic copolyester and B. a biologically degradable natural polymer, whereby the mixture A + B is melt open in an extruder, is mixed with a volatile organic foaming agent, is pressed out and granulated.

Inventors:
BRAUN FRANK (DE)
GLUECK GUISCARD (JP)
Application Number:
PCT/EP2000/007441
Publication Date:
February 22, 2001
Filing Date:
August 01, 2000
Export Citation:
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Assignee:
BASF AG (DE)
BRAUN FRANK (DE)
GLUECK GUISCARD (JP)
International Classes:
C08J9/00; C08J9/14; C08J9/16; C08L1/00; C08L3/00; C08L67/02; (IPC1-7): C08J9/00; C08J9/16; C08J9/14
Domestic Patent References:
WO1994006866A11994-03-31
Foreign References:
DE19802718A11999-07-29
Attorney, Agent or Firm:
BASF AKTIENGESELLSCHAFT (Ludwigshafen, DE)
BASF AKTIENGESELLSCHAFT (Ludwigshafen, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Polymerpartikeln auf Basis einer Mischung aus A. einem bioabbaubaren gesättigten, aliphatisch/aromatischen Copolyester und B. einem bioabbaubaren natürlichen Polymeren im Gewichtsverhältnis A : B von 9 : 1 bis 1 : 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus A + B in einem Extruder aufgeschmolzen, mit einem flüchtigen organischen Treibmittel vermischt, ausgepreßt und granuliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester A ein Kondensationsprodukt ist aus a. einer Säurekomponente aus al. 30 bis 70 mol% einer aliphatischen oder cyclo aliphatischen C2C20Dicarbonsäure oder deren ester bildenden Derivate, a2.70 bis 30 mol% einer aromatischen Dicarbonsäure oder deren esterbildenden Derivate, b. einer Diolkomponente aus einem C2Cl2Alkandiol oder einem C5CloCycloalkandiol, sowie gegebenenfalls c. weiteren esterbildenden Komponenten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere B Stärke oder Cellulose oder deren Derivate, ins besondere ein Ester oder ein Ether, ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüchtige organische Treibmittel ein C3CgKohlenwasserstoff oder ein ClC3Alkohol ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel in Mengen von 1 bis 20 Gew.%, bezogen auf A + B, eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Extruder ausgepreßte Schmelzestrang in einem Wasser bad abgekühlt und der erstarrte Strang granuliert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Extruder ausgepreßte Schmelzestrang unmittelbar nach seinem Austritt granuliert und das Granulat abgekühlt wird.
8. Verwendung der expandierbaren Polymerpartikel nach Anspruch 1 zur Herstellung von bioabbaubaren Polymerschaumstoffen.
Description:
Biologisch abbaubare Schaumstoffpartikel Beschreibung Die Erfindung betrifft expandierbare Polymerpartikel auf Basis von biologisch abbaubaren Polymeren.

Es ist bekannt, daß einige natürlich vorkommende Materialien, z. B. Cellulose und Stärke, bioabbaubar sind, d. h. durch Mikro- organismen, insbesondere bei der Kompostierung zu nieder- molekularen Substanzen zersetzt werden. Auch einige synthetische Polymere sind bioabbaubar, z. B. Polyester. Rein aliphatische Polyester sind zwar gut bioabbaubar, sie sind aber aufgrund ihres niedrigen mechanischen und thermischen Eigenschaftsniveaus für die praktische Anwendung kaum geeignet. Aromatische Polyester zeigen dagegen gute mechanische Eigenschaften, sie sind aber nicht biologisch abbaubar.

Aus WO 96/07687 ist bekannt, daß Copolyester, die als Monomer- komponenten aliphatische Diole einerseits und sowohl aliphatische als auch aromatische Dicarbonsäuren andererseits enthalten, gleichzeitig gute mechanische und thermische Eigenschaften auf- weisen und biologisch abbaubar sind. In der Druckschrift sind auch geschäumte Formteile erwähnt, über deren Herstellung ist aber nichts ausgesagt.

In WO 96/15173 sind ebenfalls bioabbaubare Copolyester aus aliphatischen Diolen und einer Mischung aus Adipinsäure und Terephthalsäure beschrieben, die durch Einbau weiterer Ver- esterungskomponenten modifiziert sind. Aus diesen Polyestern können Schaumstoffe durch Vermischen einer Polymerschmelze mit Treibmitteln und Schaumextrusion der Mischung hergestellt werden.

Das Schaumextrusionsverfahren hat den Nachteil, daß dabei nur Schaumstoff-Formkörper einfacher Gestalt, z. B. Platten oder Profile, hergestellt werden können. Schaumstoff-Formkörper beliebiger Gestalt können bekanntlich durch Aufschäumen und Ver- sintern von expandierbaren bzw. expandierten Polymerpartikeln, z. B. auf Basis von Polystyrol bzw. Polyolefinen hergestellt werden.

Aliphatisch/aromatische Copolyester bauen bei der Kompostierung verhältnismäßig langsam ab. Durch Zumischen der rasch abbauenden natürlichen Polymeren last sich der Abbauvorgang gezielt ein- stellen.

Die EP-A 667 369 beschreibt Partikelschaumstoffe aus bioabbau- baren Mischungen von thermoplastischer Stärke und einem syntheti- schen thermoplastischen Polymeren, z. B. einem aliphatischen Poly- ester. Dabei werden die Polymermischungen zusammen mit 2 bis 20 % Wasser als Treibmittel extrudiert und zu expandierbaren Partikeln granuliert, die dann in einem Extruder aufgeschäumt werden. Der Wassergehalt muß von Fall zu Fall sehr genau eingestellt werden.

Bei zu hohem Gehalt besteht die Gefahr, daß der Polyester hydro- lysiert und die Stärke angelöst wird. Die Schaumpartikel müssen dann aufwendig getrocknet werden.

Schließlich beschreibt auch die WO 97/44388 Schaumstoffe aus feuchtigkeitsresistenten, bioabbaubaren Mischungen von natür- lichen Polymeren, z. B. Stärke, mit hydroxyfunktionellen Poly- estern. Auch diese bioabbaubaren Materialien wurden nach dem Schaumextrusionsverfahren mit Wasser als Treibmittel geschäumt.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, expandierbare Partikel aus Mischungen von bioabbaubaren natürlichen Polymeren und bioabbaubaren Polyestern bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Aufschmelzen einer Mischung aus A. einem bioabbaubaren aliphatisch/aromatischen Copolyester und B. einem bioabbaubaren natürlichen Polymeren in einem Extruder, Vermischen mit einem flüchtigen organischen Treibmittel, Auspressen und Granulieren.

Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Polyester sind in den zitierten Druckschriften WO 96/07687, WO 96/15173 und WO 97/44388 beschrieben.

Zu den besonders bevorzugten aliphatisch/aromatischen Polyestern zählen Polyester, die als wesentliche Komponenten enthalten : a) eine Säurekomponente aus al) 30 bis 70 mol-% mindestens einer aliphatischen oder cycloaliphatischen C2-C2o-Dicarbonsäure oder deren ester- bildenden Derivate oder Mischungen davon, a2) 30 bis 70 mol-% mindestens einer aromatischen Dicarbon- saure oder deren esterbildenden Derivate und

b) einer Diolkomponente aus mindestens einem C2-Cl2-Alkandiol oder einem C5-bis C1o-Cycloalkandiol oder Mischungen davon, sowie gegebenenfalls c) einer Komponente ausgewählt aus cl) mindestens einer Verbindung mit mindestens drei zur Esterbildung befähigten Gruppen, c2) mindestens eines Isocyanates c3) mindestens eines Divinylethers, oder Mischungen davon.

Der Einbau der Komponente c) führt zu Langkettenverzweigung.

Als aliphatische bzw. cycloaliphatische Säuren und die ent- sprechenden Derivate al kommen die oben genannten in Betracht.

Besonders bevorzugt werden Adipinsäure oder Sebacinsäure, deren jeweiligen esterbildenden Derivate oder Mischungen davon ein- gesetzt.

Als aromatische Dicarbonsäure a2 sind im allgemeinen solche mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen zu nennen. Beispielhaft erwähnt seien Terephthalsäure, Isophthalsäure, 2,6-Naphthoesäure und 1,5-Naphthoesäure sowie esterbildende Derivate davon. Dabei sind insbesondere die Di-Cl-C6-Alkylester sowie die Anhydride geeignet.

Die aromatischen Dicarbonsäuren oder deren esterbildende Derivate a2 können einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehr davon ein- gesetzt werden. Besonders bevorzugt wird Terephthalsäure oder deren esterbildende Derivate wie Dimethylterephthalat, verwendet.

Die teilaromatischen Polyester sind charakterisiert durch ein Molekulargewicht (Mn) im Bereich von 5000 bis 100000, ins- besondere im Bereich von 10000 bis 40000 g/mol, mit einer Viskositätszahl im Bereich von 50 bis 400, insbesondere im Bereich von 100 bis 300 g/ml (gemessen in o-Dichlorobenzol/ Phenol ; Gew.-Verhältnis 50/50, bei einer Konzentration von 0,5 Gew.-% Polymer und einer Temperatur von 25°C).

Natürliche Polymere B sind vorzugsweise Stärke oder Cellulose sowie deren Derivate, wie z. B. Ester oder Ether, ferner Poly- (hydroxycarbonsäuren), wie Polymilchsäure und Polyhydroxybutter- säure, sowie Poly (aminocarbonsäuren), wie Polyasparaginsäure und deren Derivate.

Das Gewichtsverhältnis A : B beträgt 9 : 1 bis 1 : 9, vorzugs- weise 3 : 1 bis 1 : 3 und insbesondere 2 : 1 bis 1 : 2.

Die biologisch abbaubaren Polymeren A + B können Zusatzstoffe enthalten, beispielsweise Stabilisatoren, Neutralisationsmittel, Gleit-und Trennmittel, Antiblockmittel, Nukleierungsmittel, Flammschutzmittel, nicht fluoreszierende Farbstoffe oder Füll- stoffe.

Bei dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren wird die Polymer- mischung A + B gegebenenfalls zusammen mit den Zusatzstoffen in einem Extruder aufgeschmolzen, vorzugsweise bei 70 bis 220°C, und mit einem flüchtigen Treibmittel vermischt. Bevorzugte Treib- mittel sind C3-Cg-Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe, Cl-C3-Alkohole. Besonders bevorzugt sind Butan, Pentan, Isobutan und Ethanol.

Das Treibmittel wird bevorzugt in Mengen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf A + B, eingesetzt.

Nach dem Auspressen aus dem Extruder kann man den Schmelzstrang entweder in einem Wasserbad abkühlen und dann granulieren oder man kann ihn unmittelbar nach seinem Austritt durch Heißabschlag granulieren und das Granulat dann abkühlen.

Die erhaltenen expandierbaren Polymerpartikel haben im all- gemeinen einen Durchmesser von 0,2 bis 5 mm. Sie können nach üblichen Methoden, z. B. mit Wasserdampf oder Heißluft zu Schaum- partikeln expandiert werden.

Die Schaumpartikel können wie üblich in geschlossenen Formen mit Wasserdampf oder Heißluft zu Schaumstoff-Formteilen beliebiger Gestalt weiter geschäumt und versintert werden.

Die Schaumpartikel selbst können als Bodenauflockerungsmittel im Acker und im Garten verwendet werden, wobei durch das Verhältnis A : B die Abbauzeit gezielt einstellbar ist.

Schaumstoff-Formteile aus den biologisch abbaubaren Schaum- partikeln können als Einweggeschirr, Verpackungstabletts, Schalen und Becher verwendet werden. Nach Zerkleinerung können sie kompo- stiert und dabei abgebaut werden.