WO1996035746A1

WO1996035746A1 - Biologisch abbaubare thermoplastische formmassen mit verbesserten verarbeitungs- und gebrauchseigenschaften

Info

Publication number: WO1996035746A1
Application number: PCT/DE1996/000790
Authority: WO
Inventors: Rudolf Aust; Christel Rom; Peter Weiwad
Original assignee: Buna Sow Leuna Olefinverbund GmbH
Current assignee: Dow Olefinverbund GmbH
Priority date: 1995-05-13
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 1997-11-13
Also published as: DE19517682A1

Abstract

Biologische abbaubare thermoplastische Formmassen mit verbesserten Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften. Polyalkylencarbonate haben nur eingeschränkte thermoplastische Verarbeitbarkeit und Gebrauchseigenschaften bedingt durch zu hohen Schmelzindex für den Spritzguß, starkes Schwindungsverhalten, niedrigem Elastizitätsmodul und geringe Härte der Formteiloberflächen. Diese Nachteile wurden beseitigt durch Formmassen, die neben dem Polyalkylencarbonat Oxide, Carbonate oder Sulfate von Metallen der II. Hauptgruppe des PSE, Oxide der Metalle der II. Hauptgruppe des PSE, Stärke, Cellulose und/oder Talkum im Konzentrationsbereich 60 bis 90 Masse % Polymer zu 10 bis 40 Masse % Zusatzstoff enthalten. Dadurch werden biologisch abbaubare Polyalkylencarbonate für die Einsatzgebiete von sogenannten Massenkunststoffen erschlossen.

Description

Biologisch abbaubare thermoplastische Formmassen mit verbes¬ serten Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften

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 Keramikindustie, 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 (CaS04) 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: fCH(Rι)-CH(R2)-0-C0-0}χ wobei Ri, R2: Wasserstoff oder geradkettige und/oder verzweigte Alkylreste der allgemeinen Formel C_nH2n+l mi n - 1 bis 4, 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 %.

Darüberhinaus wird generell das Fließverhalten beim Spritz¬ gießen durch Herabsetzung des Schmelzindex vermindert, so daß eine Verarbeitung auf herkömmliche Weise möglich ist. Beispiele:

Nachstehend soll die Erfindung an einigen ausgewählten Bei¬ spielen näher erläutert werden:

Zur Herstellung von Normstäben der Abmessungen 80 x 4 x 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.

Tabelle 1 Zusammensetzung der Mischungen

Beispiel PPC PEC Kreide Talkum Anhydrit Maisstärke Cellulose Tiθ2 Nr. Masse% Masse% Masse% Masse% Masse% Masse% Masse% Masse%

1 100

2 75 25 I

3 75 25 - - " i

4 35 35 9 - - 20 1

5 85 14 ¹

6 75 25 - - " "

7 75 25 - - "

Tabelle 2 Ausgewählte mechanische Kennwerte der Form-nassen

Beispiel Verarb.- Grenzbiege E-Modul Zugfer- Reißdeh- Kugel_ Nr. temp. fertigkeit tigkeit nung druck¬ härte

C°C] [MPa] [MPa] [MPa] [%] [N/mm2]

1 180 54 2200 40 20 125 I

2 186 90 4590 54 20 190 i

3 180 85 7200 60 4 166

4 185 35 1280 35 85 53

6 195 70 3600 41 44 180

6 190 64 3900 40 5 177

7 185 72 4690 42 25 178

Claims

Patentansprüche

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 tCH(Rl)-CH(R2)-O-CO-0J_x wobei R_l, R2 und x bedeuten:

R_l,R2: Wasserstoff oder geradkettige und/oder ver¬ zweigte Alkylreste der allgemeinen Formel CnH2n+l mi n = 1 bis 4 x: 10 bis 5000 oder 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 Anspuch 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.