Die Erfindung betrifft einen katalytisch abbaubaren Kunststoff, insbesondere mit einem Gehalt an Celluloseestem sowie die Verwendung desselben, insbesondere in Filtertows zur Herstellung von Filterstöpseln von Filterzigaretten. Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der EP Anmeldung Nr. 13180137.5, auf deren gesamten Inhalt hiermit Bezug genommen und der für alle Zwecke eingeschlossen wird.

Kunststoffe, die am Ende ihres Lebenszyklus in die Umwelt gelangen oder gelangen können, sollten unter den dort herrschenden Bedingungen innerhalb kurzer Zeiträume abbaubar sein, um eine Belastung möglichst gering zu halten. Allerdings hängt auch bei Kunststoffen, die prinzipiell biologisch abbaubar sind, die Zeitdauer ihrer Zersetzung stark von den äußeren Bedingungen ab. So ist der Abbau unter Kompostierbedingungen schneller als in ebenfalls

Mikroorganismen enthaltenden Böden. Deutlich langsamer ist der Bioabbau, wenn die Bedingungen für die dazu notwendigen Mikroorganismen

unzureichend sind. Dies ist der Fall, wenn der entsprechende Kunststoff ganz oder teilweise auf einer Oberfläche, zum Beispiel Steinplatten, Asphalt, Sand, Erde oder Gras, liegt. Unter diesen Umständen sind andere oder zusätzliche Abbaumechanismen notwendig. Besonders geeignet ist in diesen Fällen die photokatalytische Zersetzung unter Einwirkung von Licht. Diese kann der alleinige Mechanismus für einen vollständigen Abbau des Materials sein, aber auch eine unterstützende Wirkung für andere Abbaumechanismen haben.

Seit langem ist bekannt, dass Titandioxid, insbesondere in der

Anatasmodifikation, durch photokatalytische Wirkung organische Materialien zersetzen kann. Anatas absorbiert Licht im ultravioletten Bereich des

Spektrums, wobei durch die nachfolgenden Elektronenübertragungen Radikale entstehen, die einen durch Kettenmechanismus bewirkten Abbau einleiten.

In Folge eines verstärkten öffentlichen Focus in den 1990er Jahren auf den Verbleib von Kunststoffmaterialien nach der Erfüllung ihres Einsatzzweckes wurden verstärkt Arbeiten zum Abbau von Celluloseestem und daraus hergestelltem Filtertow in der Umwelt durchgeführt.

Die Anmelderin hat bereits zufriedenstellende Lösungen für den photokatalytischen Abbau von polymeren Celluloseestem zur Verfügung gestellt (siehe z.B. WO-A-2010/017989) in der die Abbaubarkeit durch

kohlenstoffmodifiziertes Titandioxid erhöht wird.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, weitere unter Umweltbedingungen katalytisch abbaubare Kunststoffe anzugeben. Darüber hinaus strebt es die Erfindung an, dass dieser katalytisch abbaubare Kunststoff als Formkörper vorteilhafte Anwendung finden soll, insbesondere in einem Filtertow zur Herstellung eines Filterstöpsels eines Zigarettenfilters.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen katalytisch abbaubaren Kunststoff der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass der katalytisch abbaubare Kunststoff ein katalytisch wirksames, übergangsmetallmodifiziertes Titandioxid enthält, dies insbesondere in fein verteilter Form, z.B. in dem Kunststoff dispergiert.

„Übergangsmetallmodifiziert" bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass das Titandioxid durch Zusatz, (z.B. Mischen,

Imprägnieren, Ko-Fällen, Ko -Kristallisieren) von Metallen, Metallverbindungen oder Metallkomplexen der Übergangsmetalle verändert wurde.

„Übergangsmetalle" sind Metalle der Gruppen 3 bis 12 des Periodensystems (IUPAC, 2013), mit Ausnahme von Titan wie z.B. Chrom, Kobalt, Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Vanadium, Zirkon, Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob, Mangan, Zink und Eisen. Bevorzugt sind nicht oder wenig toxische

Übergangsmetalle, wie insbesondere Mangan, Zink und Eisen. Eisen ist ganz besonders bevorzugt. Spezielle geeignete eisenmodifizierte Titanoxide, die Eisen(III)oxid enthalten, wurden in der WO-A-2012/ 139726 offenbart, deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.

Überraschenderweise führt die Modifizierung des Titandioxids mit Übergangsmetallen zu einer Verbesserung der katalytischen Aktivität zum Abbau von Kunststoffen ohne die Gebrauchseigenschaften der

Kunststoffprodukte wesentlich zu beeinträchtigen.

Wenn der Kunststoff ein Celluloseester ist, sind Celluloseacetat,

Cellulosepropionat, Cellulosebutyrat, Celluloseacetatpropionat und/oder Celluloseacetatbutyrat besonders bevorzugt. Der durchschnittliche

Substitutionsgrad (DS) liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 3,0, insbesondere zwischen 2,2 bis 2,7, dies insbesondere beim Celluloseacetat. Zweckmäßig ist es, wenn der Celluloseester, insbesondere Celluloseacetat, bezüglich des durchschnittlichen Polymerisationsgrads im Hinblick auf eine vorteilhafte Lösung der gestellten Aufgabe optimiert ist. Der optimale durchschnittliche Polymerisationsgrad liegt bei dem Cellulo Seester zwischen 150 und 500, insbesondere zwischen 180 und 280.

Die erfindungsgemäßen Kunststoffe, insbesondere

Cellulo Seesterzusammensetzungen lassen sich mit hoher Geschwindigkeit in der Umwelt katalytisch abbauen. Eine geeignete Messgröße ist, wie die

nachfolgenden Beispiele zum Ausdruck bringen, die zeitliche Reduzierung der Masse des katalytisch abbaubaren Kunststoffs. Der Kern der Erfindung liegt also in der Auswahl eines übergangsmetallmodifizierten Titandioxids, das auf seiner Oberfläche oder auch im gesamten Volumen übergangsmetallmodifiziert ist. Bevorzugt wird ein übergangsmetallmodifiziertes Titandioxid, dessen Oberfläche übergangsmetalldotiert ist. Durch die Dotierung wird die Bandlücke des Halbleiters Titandioxid verkleinert und es kann im Vergleich zu undotiertem Titandioxid auch längerwelliges Licht zur Anregung eines Valenzbandelektrons und damit zur Aktivierung der photokatalytischen Eigenschaften genutzt werden.

Zweckmäßigerweise wird die Kristallitgröße des übergangsmetalldotierten Titandioxids optimiert, wobei die Kristallitgröße vorzugsweise zwischen 5 und 150 nm, insbesondere zwischen 7 bis 25 nm liegt. Im Einzelfall kann es vorteilhaft oder sogar notwendig sein, ein grobteiliges

übergangsmetallmodifiziertes Titandioxid zu mahlen, um die optimale

Korngröße einzustellen. Zweckmäßigerweise weist das

übergangsmetallmodifizierte Titandioxid eine Dichte (ISO 787, Teil 10) von 3,0 bis 5,0 g/cm ³ auf, insbesondere von 3,5 bis 4,2 g/cm ³ auf. Vorteilhaft wirkt sich auch für einen Abbau des Celluloseester-haltigen Kunststoffs eine Optimierung der spezifischen Oberfläche des übergangsmetallmodifizierten

Titandioxids aus. Dabei ist es bevorzugt, wenn die spezifische Oberfläche BET des übergangsmetalldotierten Titandioxids größer als 100 m2/ g, insbesondere größer als 250 m ² /g ist. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Einbeziehung eines übergangsmetallmodifizierten Titandioxids in den erfindungsgemäßen katalytisch abbaubaren Kunststoff dann aus, wenn das

übergangsmetallmodifizierte Titandioxid mit einer gegenüber reinem Titandioxid erhöhten Lichtabsorption im Bereich von λ > 400 nm gekennzeichnet ist.

Um die katalytische Abbaubarkeit des erfindungsgemäßen Kunststoffs weiter zu verbessern, ist es zweckmäßig, dessen Gehalt an

übergangsmetallmodifiziertem Titandioxid auf 0,1 bis 5 Gew.- %, insbesondere auf 0,3 bis 1,5 Gew.- % einzustellen. Der Übergangsmetallgehalt des übergangsmetallmodifizierten Titandioxids ist nicht wesentlich beschränkt. Vorzugsweise enthält das

übergangsmetallmodifizierte Titandioxid Übergangsmetall in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.- %, insbesondere von 0,3 bis 3 Gew.- %.

Erfindungsgemäß ist es möglich, dass der katalytisch abbaubare Kunststoff im Wesentlichen nicht allein auf Celluloseestern basiert. Es können übliche Additive wie z.B. Weichmacher, einbezogen sein, so in dem Falle der

Verwendung in Fasern der Filtermaterialien von Zigaretten.

Andererseits kann zusätzlich ein nicht-übergangsmetallmodifiziertes Titandioxid, insbesondere Anatas, in feiner Dispergierung einbezogen sein, dies insbesondere in dem die Zigarettenindustrie betreffenden Anwendungsfall. Um den erfindungsgemäßen Gedanken möglichst weitgehend zu folgen und die besondere photokatalytische Wirksamkeit des übergangsmetallmodifizierten Titandioxids beim Abbau eines Kunststoffs zu nutzen, ist es bevorzugt, dass der Gehalt des katalytisch abbaubaren Kunststoffs an Celluloseester mindestens 60 Gew.- % insbesondere mindestens 90 Gew.- % ausmacht.

Die gute katalytische Abbaubarkeit des erfindungsgemäßen Kunststoffs, erweist sich insbesondere dann, wenn der katalytisch abbaubare Kunststoff in einen Formkörper überführt wird, insbesondere in Fasern, Folien, insbesondere tiefgezogene Folien, vor allem zur Anwendung als Verpackungsmaterialien, von Spritzgussartikeln, dickwandigen Formkörpern, Granulaten, Mikrobeads, Perlen sowie Gefäßen. Besonders vorteilhaft ist daher die Weiterverarbeitung dieser Fasern zu Filtertows, mit denen Filterstäbe und daraus Filterstöpsel von

Filterzigaretten hergestellt werden. Derartige Filterstöpsel, die sich in der Umwelt finden, werden bedeutend schneller als solche abgebaut, die nicht modifiziertes Titandioxid enthalten.

Schließlich sei noch angemerkt, dass das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen katalytisch abbaubaren Kunststoffs keinen besonderen Beschränkungen unterliegt. Eine Möglichkeit besteht darin, die

Einzelbestandteile dadurch zu vermischen, indem der Kunststoff aufgeschmolzen und die relevanten Bestandteile eingemischt werden. Die Herstellung der Fasern erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Trockenspinnverfahren, wenngleich das Nassspinnverfahren ebenfalls in Betracht kommen kann. Beim Trockenspinnverfahren wird der Kunststoff, insbesondere Celluloseester vorzugsweise in üblicher Weise, beispielsweise in Aceton, aufgelöst. Dann werden die relevanten weiteren Bestandteile, wie insbesondere das übergangsmetallmodifizierte Titandioxid hinzugegeben, um dann in einem Trocknungskanal den üblichen Spinnvorgang vorzunehmen. Eine andere Ausführungsform des Trockenspinnverfahrens sieht vor, die relevanten weiteren Bestandteile - außer dem Kunststoff, insbesondere Celluloseester - wie insbesondere das übergangsmetallmodifizierte Titandioxid, mit einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Aceton, zu mischen und dann den Kunststoff, insbesondere Celluloseester, hinzuzugeben. Auch diese Mischung wird dann in einem Trocknungskanal für den üblichen Spinnvorgang verwendet.

Sollte der Inhalt jedweder Patente, Patentanmeldungen und

Veröffentlichungen, auf die in dieser Anmeldung Bezug genommen wird, mit dem Inhalt der vorliegenden Anmeldung kollidieren insofern, als dass die Kollision eine Definition der vorliegenden Anmeldung unklar erscheinen lässt, so hat die vorliegenden Anmeldung Vorrang.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen noch näher erläutert :

Beispiel 1

Ein gemäß Beispiel 2 der WO 2012/139726 hergestelltes

eisenmodifiziertes Ti02 wird gemäß dem in Beispiel 1 der WO 2010/017989 offenbarten Verfahren bei der Herstellung eines Celluloseacetat basierenden Filterstabes verwendet. Der erfindungsgemäße Filterstab zeigt eine im Vergleich zu einem mit nicht modifiziertem Ti02 hergestellten Filterstab eine verbesserte Abbaubarkeit unter Umweltbedingungen.