DE19517682A1 - Biologisch abbaubare thermoplastische Formmassen mit verbesserten Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften - Google Patents
Biologisch abbaubare thermoplastische Formmassen mit verbesserten Verarbeitungs- und GebrauchseigenschaftenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft biologisch abbaubare, thermoplastisch
verarbeitbare Formmassen, bestehend aus aliphatischem Poly
carbonat, auch als Polyalkylencarbonat (PAC) bezeichnet oder
aus Gemischen unterschiedlicher PAC. Die Erfindung betrifft
darüberhinaus Gemische dieser genannten Formmassen mit fein
körnigen anorganischen und/oder organischen Substanzen sowie
den in der Kunststoffindustrie üblichen Verarbeitungs- und
anderen Hilfsstoffen.
Die aliphatischen Polycarbonate sind Polymere, die Ende der
60er Jahre erstmalig in Japan durch Copolymerisation von
Alkylenoxiden mit Kohlendioxid hergestellt wurden.
(S. Inoue, Polymer Letters 7 1969), S. 287-292)
Im US-Patent 3 585 168 wird ein Verfahren zur Herstellung von
hochmolekularen Copolymeren eines Alkylenoxides, wie Ethy
lenoxid oder Propylenoxid mit Kohlendioxid beschrieben. Die
PAC werden beschrieben als glasklare, amorphe Thermoplaste
mit guten Barriere- und Adhäsionseigenschaften sowie mit
biologischer Abbaubarkeit. Als potentielle Hauptanwendungs
gebiete werden Bindemittel, Kleber und Beschichtungen ge
nannt. Die Produkte sollen verwendbar sein beim Metallguß,
in der Keramikindustrie, zur Herstellung von Sicherheitsglas,
als Modifikator für PVC sowie für den Verpackungssektor.
Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen können u. a. fol
genden Veröffentlichungen entnommen werden:
- - Kunststoff-Handbuch 3/1, Hanser Verlag,
- - Prospektmaterial der Firma PAC Polymers Inc., Allentown, PA (USA)
- - Chemtech, September 1976, S. 588-594.
Das Eigenschaftsbild von Polyalkylencarbonaten, insbesonde
re des Polypropylencarbonates (PPC) ist geprägt durch
folgende Eigenschaften, die die Gebrauchs- und Anwendungs
möglichkeiten einschränken:
- - hohe Klebrigkeit,
- - sehr hoher Schmelzindex,
- - starkes Schwindungsverhalten bei der Formteilherstellung im Spritzguß,
- - niedriger Elastizitätsmodul und die dadurch bedingte mangelnde Steifigkeit,
- - geringe Härte der Formteiloberfläche.
Durch dieses Eigenschaftsbild erklärt sich die Tatsache,
daß das Spektrum der Verarbeitungs- und Anwendungsmöglich
keiten dieser Kunststoffklasse verhältnismäßig eingeengt
ist. Dies betrifft insbesondere die Möglichkeiten zur
thermoplastischen Verarbeitung zu Folien, Hohlkörpern und
Formteilen. Dadurch ist die Erschließung dieser Polymer
klasse als sogenannter Massenkunststoff erheblich einge
schränkt, obwohl dies auf Grund der leichten Zugänglichkeit
und wirtschaftlichen Herstellbarkeit der Ausgangsprodukte
sowie der ökologischen angepaßten Verwertbarkeit des
Abfalls, was ein Recycling vermeidbar macht, wünschenswert
wäre. Auch sei auf den umweltfreundlichen Aspekt der
Verwertung von Kohlendioxid als Synthesebaustein
hingewiesen. Der größte Nachteil ist die Schwierigkeit, die
Polyalkylencarbonate durch Spritzgießen zu Formteilen zu
verarbeiten. Es ist bekannt, daß neuentwickelte Kunststoffe
oft erst durch die Möglichkeit der Spritzgußverarbeitung den
Charakter von weitgehend universell anwendbaren Werkstoffen
erhalten haben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Formmassen auf
Basis von PAC herzustellen, bei denen die thermoplastische
Verarbeitbarkeit und das Eigenschaftsbild der Halbzeuge und
Fertigteile so verbessert sind, daß insbesondere der Sektor
der Spritzgießverarbeitung voll erschlossen wird und daß die
Gebrauchseigenschaften der Fertigteile, hinsichtlich
Steifigkeit und Härte, sowie der Formteilschwindung und der
Klebrigkeit den allgemeinen Anforderungen angepaßt werden.
Hierdurch soll eine jeweilige Ausweitung der Anwendungsge
biete der Polyalkylencarbonate ermöglicht werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
Formmassen hergestellt werden, die aus Polyalkylencarbonat
oder Gemischen derselben, feinkörnigen anorganischen
und/oder organischen Substanzen sowie den in der
Kunststoffindustrie üblichen Verarbeitungs- und anderen
Hilfsstoffen zusammengesetzt sind. An anorganischen
Substanzen können Calciumcarbonate unterschiedlicher
Herkunft und Herstellungsweise, asbestfreies Talkum,
Anhydrit (CaSO₄) sowie die Oxide von Aluminium, Magnesium
und Titan verwendet werden. An organischen Substanzen können
feinteilige Stärke und Cellulose unterschiedlicher Herkunft
verwendet werden. Das in dem erfindungsgemäßen Formmassen
verwendete Polyalkylencarbonat entspricht der allgemeinen
Formel:
wobei R₁, R₂: Wasserstoff oder geradkettige und/oder
verzweigte Alkylreste der allgemeinen Formel
CnH2n+1 mit n = 1 bis 4,
x : 10 bis 5000
x : 10 bis 5000
bedeuten.
Die erfindungsgemäß eintretenden Qualitätsverbesserungen
können an physikalischen Kennwerten veranschaulicht werden.
Je nach Art und Konzentration der Mischungsbestandteile kön
nen folgende Eigenschaftsverbesserungen erzielt wurden:
- - Die Grenzbiegefestigkeit steigt im Vergleich mit dem unmo difizierten Polymer um 60 bis 80%.
- - Der Elastizitätsmodul als Charakteristikum für die Stei figkeit bzw. Formstabilität der durch Spritzguß erhaltenen Formteile steigt auf über das 3 bis 4-fache.
- - Die Zugfestigkeit steigt um ca. 40%.
- - Die Reißdehnung steigt z. B. bei Zusatz von Maisstärkemehl auf mehr als das 4-fache.
- - Die Kugeldruckhärte erhöht sich um ca. 50-60%.
Darüber hinaus wird generell das Fließverhalten beim Spritz
gießen durch Herabsetzung des Schmelzindex verbessert, so
daß eine Verarbeitung auf herkömmliche Weise möglich ist.
Nachstehend soll die Erfindung an einigen ausgewählten Bei
spielen näher erläutert werden:
Zur Herstellung von Normstäben der Abmessungen 80×4×10 mm
wurden die Polyalkylencarbonatproben mit den entsprechenden
Mischungsbestandteilen in einem Labormischer gut vermischt
und anschließend in einem Zweischnecken-Laborextruder
verarbeitet und granuliert. Das Granulat wurde zu den
oben genannten Normstäben verspritzt und an diesen die me
chanischen Prüfungen vorgenommen.
Die Zusammensetzungen der Formmassen gemäß den Beispielen 1 bis 7
sind in der Tabelle 1 enthalten. In Tabelle 2 sind die wichtigsten
mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitungstemperaturen dar
gestellt. In den Mischungsverhältnissen PPC zu Zusatzstoff
gleich 75 zu 25 gemäß den Beispielen 2, 3, 6 und 7 kann die
Wirkung von unterschiedlichen Zusatzstoffen gut verglichen
werden. Unabhängig von der Art des Zusatzstoffes werden der
E-Modul (besonders hoch in Beispiel 3), die Grenzbiege
biegefestigkeit und Kugeldruckhärte beträchtlich erhöht,
dagegen die Reißdehnung in den Beispielen 3 und 6 verrin
gert.
Claims (8)
1. Biologische abbaubare thermoplastische Polyalkylencarbo
nat-Formmassen mit erhöhter Steifigkeit und Härte, ver
ringerter Formteilschwindung beim Spritzgießen und ver
ringerter Klebrigkeit, bestehend aus:
- A) 60 bis 90 Massenteilen eines Polyalkylencarbonats der
allgemeine Formel I
wobei R₁, R₂ und x bedeuten:
R₁, R₂: Wasserstoff oder geradkettige und/oder ver zweigte Alkylreste der allgemeinen FormelCnH2n+1 mit n = 1 bis 4
x: 10 bis 5000oder deren Gemische. - B) 10 bis 40 Massenteile eines Oxides von Metallen der III. Hauptgruppe des PSE, eines Oxides, Carbonats oder Sulfats von Metallen der II. Hauptgruppe des PSE, Tal kum, Stärke oder Cellulose oder Gemische derselben.
- C) 0 bis 5 Massenanteilen üblicher Verarbeitungshilfsmit tel, Modifikatoren und/oder Pigmenten.
2. Formmassen nach Anspruch 1 mit feinteiligem Anhydrit von
einer Korngröße im Bereich von 2 bis 50 µm als Kompo
nente B.
3. Formmassen nach Anspruch 1 mit feinteiliger Kreide von
einer Korngröße im Bereich von 1 bis 60 µm als Kompo
nente B.
4. Formmassen nach Anspruch 1 mit feinteiligem asbestfreiem
Talkum von einer Korngröße im Bereich von 1 bis 10 µm als
Komponente B.
5. Formmassen nach Anspruch 1 mit feinteiliger nativer
Stärke beliebiger Herkunft von einer Korngröße im Bereich
von 2 bis 100 µm als Komponente B.
6. Formmassen nach Anspruch 1 mit feinteiliger Cellulose be
liebiger Herkunft von einer Korngröße im Bereich von
2 bis 100 µm als Komponente B.
7. Formmassen nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit Polypropylen
carbonat als Komponente A.
8. Formmassen nach den Ansprüchen 1 bis 7 mit x = 100 bis
3000 in Formel I der Komponente A.
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