DD299530A5 - DISTILLABLE THERMOPLASTIC FROM LACTIDEN - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung richtet sich auf eine in der Umwelt biologisch abbaubare Zusammensetzung, die als Ersatz fuer thermoplastische Polymerzusammensetzungen verwendet werden kann, mit dem Kennzeichen, dasz sie ein Polymer nachstehender Formel enthaelt: C CH3O{Umwelt, biologisch abbaubar; Thermoplastersatz, polymer; Weichmachergruppe; Laktid; Milchsaeureoligomere; Laktidoligomere; Zugfestigkeit; Bruchdehnung; Tangentenmodul}The invention is directed to an environmentally biodegradable composition that can be used as a replacement for thermoplastic polymer compositions, with the characteristic that it contains a polymer of the formula: C CH3O {environment, biodegradable; Thermoplastic set, polymer; Plasticizers group; lactide; lactic acid oligomers; Laktidoligomere; Tensile strenght; Elongation at break; Tangent modulus}
Description
Hierzu 11 Seiten Zeichnungen .For this 11 pages drawings.
Vorliegende Anmeldung und die Priorität der Patentansprüche leiten sich aus folgenden US-Anmeldungen ab: Die Anmeldung mit dem Titel PLIABLE BIODEGRADABLE PACKAG ING THERMOPLASTICS FROM LACTIDES (Biologisch abbarbare, biegsame Verpackungsthermoplaste mjs Laktiden) mit der Serien-Nummer 07/229/896, Anmeldedatum 8. August 1988; die Anmeldung mit dem Titel BIODEGRADABLE REPLACEMENT OF CRYSTAL POLYSTYRENE (Biologisch abbaubarer Ersatz von Kristallpolystyren) mit der Serien-Nummer 07/229.939, Anmeldedatum 8. August 1988; die Anmeldung mit dem Titel BLENDS OF POLYLACTICACID (Mischungen aus Poly-Milchsäure) mit der Serien-Nummer 07/229.894, Anmeldedatum 8. August 1988; die Anmeldung mit dem Titel DEGRADABLE IMPACT MODIFIED POLYLACTIDES (Abbaubare stoßrnodifizierte Polylaktide) mit der Serien-Nummer 07/317.391, Anmeldedatum I.März 1989; die Anmeldung PLIABLE BIODEGRADABLE PACKAGING' THERMOPLASTICS FROM LACTIDES (Biologisch abbaubare Verpackungsthermoplaste aus Laktiden) mit der Anwaltslisten-The present application and the priority of the claims are derived from the following US applications: The application entitled PLIABLE BIODEGRADABLE PACKAGING ING THERMOPLASTICS FROM LACTIDES (biodegradable, flexible packaging thermoplastics mjs Laktiden) with the serial number 07/229/896, filing date 8 August 1988; the application entitled BIODEGRADABLE REPLACEMENT OF CRYSTAL POLYSTYRENE (Biodegradable Substitution of Crystal Polystyren), Serial No. 07 / 229,939, filed August 8, 1988; the application entitled BLENDS OF POLYLACTIC ACID (blends of poly-lactic acid) of serial number 07 / 229,894, filed 8 August 1988; the application entitled DEGRADABLE IMPACT MODIFIED POLYLACTIDES (Degradable Impact Modified Polylactides), Serial No. 07 / 317,391, filed March 1, 1989; the application PLIABLE BIODEGRADABLE PACKAGING 'THERMOPLASTICS FROM LACTIDES (Lactides Biodegradable Packaging Thermoplastics) with the list of attorneys
Nummer DF 27G7-1,Anmeldedatum31.Juli 1989; die Anmeldungmit dem Titel BIODEGRADABLE REPLACEMENT OF CRYSTAL POLYSTYRENE (Biologisch abbaubarer Ersatz vcn Kristallpolystyron) mit der Anwaltslisten-Nummer PF 2771-1, Anmeldedatum 31.JuIi 1989; die Anmeldung mit dem Titel BLENDS OF POLYLACTIC ACID (Mischungen aus Poly-Mllchsäure) mit der Anwaltslisten' Nummer PF 2772-1, Anmeldedatum 31. Juli 1989 und die Anmeldung mit dem Titel DEGRADABLE IMPACT MODIFIED POLYLACTIDES (Abbaubare, stoCmodif izlerte Po'ylaktlde) mit der Anwalt&listen-Nummer PF 2781-1, Anmeldedatum 31. Juli 1989. Sämtliche obengonannten Anmeldungen haben das Batteile Memorial Institut als Bevollmächtigten.Number DF 27G7-1, filing date31.July 1989; the application entitled BIODEGRADABLE REPLACEMENT OF CRYSTAL POLYSTYRENE (Biodegradable Substitution of Crystal Polystyron) having the Attorney Docket Number PF 2771-1, filing date 31June 1989; the application entitled BLENDS OF POLYLACTIC ACID (blends of poly-lactic acid) with the list of attorneys' number PF 2772-1, filing date 31 July 1989 and the application DEGRADABLE IMPACT MODIFIED POLYLACTIDES (Degradable, modified polylactides) with the attorney & listen number PF 2781-1, filing date July 31, 1989. All applications listed above have the Batteile Memorial Institute as proxy.
In einer ersten Ausführungsart bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Weich-Polymere aus L-Laktid, D-Laktid, D,L-Laktid und derun Mischungen, die s!ch für Verpackungszwecke eignen, für die herkömmlich nlchtabbaubare Plaste (z.B. Polyethylen) eingesetzt werden. Die erste Ausführungsart bezie ht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung biegsamer Folien und weiterer Verpackungsmittel und deren direkte Produkte. Die Erfindung l£ßt sich vorteilhaft für die Herstellung eines Produktes anwenden, das die Kennwerte der üblichen Plaste aufweist und noch biologisch abbaubar ist.In a first embodiment, the present invention relates to soft polymers of L-lactide, D-lactide, D, L-lactide and mixtures which are suitable for packaging purposes for which conventionally degradable plastics (eg polyethylene) are used , The first embodiment also relates to a process for producing flexible films and other packaging materials and their direct products. The invention is advantageously applicable to the production of a product having the characteristics of the conventional plastics and which is still biodegradable.
In einerzweiten Ausführungsart offenbart die Erfindung ein Material und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei es sich um ein Kompensationsprodukt handelt, das als Ersatz für Kristallpolystyren dient, zuweilen bekann' als orientierbares Polystyren oder OPS. Das Material ist ein Kompensationsprodukt für OPS, besteht allerdings aus einem Polyester, dor in der Umwelt biologisch über einen Zeitraum von ungefähr einem Jahr abbaubar iot. Das Material ist ein Polyester, d(<r aus einer polymerisierten Milchsäure besteht, hergestellt entweder aus D-Milchsäure oder L-Milchsäure und D,L-Milchsäure. Das Verhältnis der beiden pofymerisierten Monomerbausteine, die Verfahrensbearbeitung und in einigen Füllen bestimmte Hilfsmittel bestimmen die präzisen physikalischen Eigenschaften, die für die genauen Anforderungen eines OPS-Kompensatlonsproduktee notwendig sind. Demzufolge !et bei einem angenäherten Verhältnis L-Milchsäure/D.L-Milchsäure von 90/10 die pulymerisierte Milchsäure (PLA) ein gut verwendbares Thermoplast, klar, farbloa und sehr steif. Somit ist es für die Herstellung von Folien, Schaumstoffen und anderen thermogeformten Gegenständen sie Wegwerf- oder Einwegplaste bestens geeignet. Hat es seinen Zweck als Verpackungsplaste erfüllt, baut sich die PLA langsam in der Umwelt zu unschädlichen Produkten ab, wenn man sie in der Umwelt hinterläßt. Diese unschädliche Beseitigung kann dazu beitragen, die anwachsenden Probleme einer Umweltverschmutzung durch Plaste zu verringern.In a second embodiment, the invention discloses a material and a method of making the same, which is a compensating product which serves as a replacement for crystal polystyrene, sometimes known as orientable polystyrene or OPS. The material is a compensation product for OPS but consists of a polyester that biodegrades in the environment over a period of about one year. The material is a polyester, which consists of a polymerized lactic acid, prepared either from D-lactic acid or L-lactic acid and D, L-lactic acid The ratio of the two polymerized monomer units, the processing and certain auxiliary agents determine the precise physical properties necessary for the exact requirements of an OPS compensating product, therefore, with an approximate L-lactic acid / DL-lactic acid ratio of 90/10, the pulxmerized lactic acid (PLA) is a well-usable thermoplastic, clear, colorless and very Thus, it is well suited for the production of foils, foams and other thermoformed objects, disposable or disposable, and if it has served its purpose as packaging plastic, the PLA slowly degrades in the environment to harmless products when used in packaging This harmless elimination can contribute to the environment increasing problems of environmental pollution by plastics.
In einer dritten Aueführungsart bezieht sich die Erfindung auf die Mischung konventioneller Thermoplaste mit Poly-Milchsäure. Dadurch werden neuartige, in der Umwelt abbaubare Thermoplaste erzeugt. Die in der Umwelt abbaubaren Thermoplaste lassen sich vorteilhaft !n einer großen Vielfalt von Einsatzgebieten anwenden.In a third Aueführungsart the invention relates to the mixture of conventional thermoplastics with poly-lactic acid. This produces novel, biodegradable thermoplastics. The environmentally degradable thermoplastics can be used advantageously in a wide variety of applications.
Die dritte Ausführungsart bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung biegsamer Folien und anderer Verpackungselemente) sowie auf das direkt daraus hergestellte Erzeugnis. Die Erfindung findet Anwendung bei der Herstellung eines Produktes, das die Merkmale üblicher Plaste aufweist und dazu noch in der Umwelt abbaubar ist. Eine vierte Ausführungsart der Erfindung bezieht sich auf das Mischen kompatibler Elastomere mit Polylaktiden. Damit erzeugt man schlagresistente, modifizierte Poiylaktide, die in einer großen Vielzahl von Einsatzgebieten vorteilhaft verwendet werden können inkl. solcher, in denen stoßmodifiziertes Polystyren eingesetzt wird.The third embodiment further relates to a process for producing flexible films and other packaging elements) as well as to the product made directly therefrom. The invention finds application in the manufacture of a product which has the characteristics of conventional plastics and is also degradable in the environment. A fourth embodiment of the invention relates to mixing compatible elastomers with polylactides. This produces impact-resistant, modified polyactides which can be advantageously used in a wide variety of applications, including those in which impact-modified polystyrene is used.
Die vierte Ausführungsart bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung von Verpackungsmitteln und auf das direkt daraus hergestellte Produkt. Die Erfindung wird bei der Herstellung eines Produktes angewandt, das die Merkmale üblicher stcßrosistenter Plaste aufweist und dazu noch in der Umwelt abbaubar ist.The fourth embodiment further relates to a method of manufacturing packaging means and to the product made directly therefrom. The invention is used in the manufacture of a product having the characteristics of common stoßrosistenter plastic and is still degradable in the environment.
Die riesigen Mengen weggeworfener Verpackungsmaterialien aus Plaste sind ein Grund für den Bedarf eines in der Umwelt biologisch abbaubaren Thermoplastes. In den Vereinigten Staaten wurden 1987 53,7 Milliarden Pfund an Plasten verkauft, von denen 12,7 Milliarden Pfund als Plaste für Vorpackungszwecke aufgeführt sind. Eine bedeutende Menge dieser Plaste wird weggeworfen und führt zu einer Verschmutzung durch Plaste, die ein Schandfleck in der Lendschaft und eine Bedrohung des Lebens im Meer darstellt. Die Schätzungen der Sterblichkeit von Seevögeln liegen bei 1-2 Millionen und von Meerestieren bei 100000 pro Jahr.The huge quantities of discarded plastic packaging materials are a reason for the need for an environmentally biodegradable thermoplastic. In the United States, 53.7 billion pounds of plastic were sold in 1987, of which 12.7 billion pounds are listed as plastic for pre-packaging purposes. A significant amount of this plastic is thrown away and causes pollution by plastic, which is a stain in the Lendschaft and a threat to life in the sea. The estimates of seabird mortality are 1-2 million and sea animals 100000 per year.
Ein weitereo Problem bei der Beseitigung von Plastverpackungen stellt der abnehmende Rsum der Mülldeponien dar. Man hat eingeschätzt, daß die meisten größten Städte die verfügbaren Mülldeponien für die Ablagerung von festem Abfall in den frühen 1990er Jahren verbraucht haben werden. Plaste enthalten etwa 3Ma.-% und 6Vol.-% festen Abfall. Ein weiterer Nachteil konventioneller Plaste besteht darin, daß sie letztlich aus Erdöl gewonnen werden, das Plaste von den Unsicherheiten ausländlicher Rohölimporte abhängig macht. Ein besseres Ausgangsmaterial müßte man aus erneuerbaren inländischen Ressourcen gewinnen können.Another problem with the removal of plastic packaging is the decreasing volume of landfills. It has been estimated that most of the largest cities will have used up the available landfills for solid waste disposal in the early 1990s. Plastics contain about 3% by mass and 6% by volume solid waste. Another disadvantage of conventional plastics is that they are ultimately derived from petroleum, which makes plastics dependent on the uncertainties of foreign crude oil imports. A better source material would have to be gained from renewable domestic resources.
Allerdings gibt es gute Gründe für die Verwendung von Verpackungsmaterial aus Plasten. Sie liefern anklangfindende ästhetische Qualitäten in Form von attraktiver Verpackung, die sich schnell herstellen und mit Produkten füllen lassen. Die Verpackungen behalten ihre Sauberkeit, Lagerstabilität und wünschenswerte Eigenschaften wie Transparenz zum Zwecke der Kontrolle des Inhaltes. Diese Verpackungen sind für ihre niedrigen Produktionskosten und chemische Stabilität bekannt. Diese Stabilität führt jedoch zu einer sehr langen Lebensdauer von Plasten, so daß - wenn ihre einmalige Verwendung beendet ist ~ weggeworfene Verpackungen für unberechenbar lange Zeit in der Umwelt verbloiben.However, there are good reasons for using plastic packaging material. They deliver attractive aesthetic qualities in the form of attractive packaging that can be quickly produced and filled with products. The packages retain their cleanliness, storage stability and desirable properties such as transparency for the purpose of controlling the contents. These packages are known for their low production costs and chemical stability. However, this stability results in a very long life of plastics, so that when their one-time use is completed, thrown-away packages remain unpredictably long in the environment.
Polymere und Copolymere von Milchsäure waren für einige Zeit als einzige Materialien bekannt, die biologisch abbaubar, biologisch verträglich und thermoplastisch sind. Diese Polymere sind bestens goeignete Thermoplaste, zu 100% tatsächlich in einem tierischen Körper über Hydrolyse über einen Zeitraum von mehreren Monaten bis zu einem Jahr biologisch abbaubar. In feuchtem Milieu beginnt nach mehreren Wochen ein Abbau, und sie verschwinden etwa in Jahresfrist, wenn man sie auf oder im Erdboden oder Meerwasser beläßt. Die Abbauprodukte sind Milchsäure, Kohlendioxid und Wasser, wobei alle unschädlich sind. In der Praxis wird Milchsäure in ihr zyklisches Dimerlaktid umgewandelt, das das Monomere für die Polymerisation wird. Milchsäure kann man potentiell aus billigen Ausgangsmaterialien gewinnen, z. B. Maisstärke, Stärkezuckersirup aus Mais, durch Gärung oder aus petrochemischen Ausgangsmaterialien, z. B. Ethylen. Laktidmonomeres kann man ohne Probleme zu Harz mittels einer katalysierten Schmalzpolymerisation umwandeln, ein den Plastherstellern bestens bekanntes übliches Verfahren. Die Durchführung der Polymerisation von einem Zwischennomomeren ermöglicht die Beweglichkeit bei der Harzzusammensetzung. Die relative Molekülmasse kann leicht geregelt werden. Zur Einführung spezifischer Figenschaften kann man die Zusammensetzungen variieren.Polymers and copolymers of lactic acid have been known for some time to be the only materials that are biodegradable, biocompatible and thermoplastic. These polymers are highly engineered thermoplastics that are 100% biodegradable in an animal's body through hydrolysis over a period of several months to a year. In a humid environment, after several weeks of degradation begins, and they disappear about a year, if you leave them on or in the soil or seawater. The degradation products are lactic acid, carbon dioxide and water, all of which are harmless. In practice, lactic acid is converted into its cyclic dimer lactide, which becomes the monomer for the polymerization. Lactic acid can potentially be obtained from cheap starting materials, e.g. Corn starch, corn syrup, fermentation or from petrochemical sources, e.g. B. ethylene. Lactide monomer can be readily converted to resin by catalyzed lard polymerization, a common practice well known to plastics manufacturers. Carrying out the polymerization of an intermediate homomer enables mobility in the resin composition. The molecular weight can be easily controlled. For introducing specific properties, the compositions can be varied.
Homopolyniere und Copolymere verschiedener lyklischer Ester, z. B. Glykolid, Laktid und die Lektone wurden In zahlreichen Patenten und wissenschaftlichen Veröffentlichungen dargelegt. In früheren Patenten sind Verfahren zur Polymerisation von Milchsäure, Laklid oder beiden erläutert, aber man erzielte keine Polymere mit hoher relativer Molekülmasse und guten physikalischen Eigenschaften, und die Polymerprodukte waren häufig klebrige, anhaftende Materialien ohne gute physikalische Eigenschaften. Siehe Beispiel US-PS 1.995.970,2.362.611 und 2.683.136. Das Patent von Lowe, US-PS 2.368,162 führt als erstes die Verwendung von reinem Glykolid und Laktid an, um Polymere und Copolymer«; von Laktid mit hoher relativer Molekülmasse zu erzielen. Laktid ist das Dilakton der Milchsäure und ist ein interner Ester der Milchsäure. Wenn Laktid gebildet wird/>wird das als Nebenprodukt anfallende Wasser eliminiert, wodurch es möglich wird, daß das Laktid anschließend mit Ringaufspaltung zu linearem Polyester mit hoher relativer Molekülmasse ohne langwierige Kondensationsverfahren polymerisiert wird. Die Copolymerisation von Laktid und Glykolid ergab Zähigkeit und eine verbesserte thermoplastische Verarbeltbarkeit im Vergleich zu den Homopolymeren. Bei Verwendung des Zwischenlaktides zur Herstellung von PLA erhielt man Polymere und Copolymere mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften. Copolymere von Laktid und Glykolid werden im Patent von Lowe angeführt, die zäh, klar, kaltziehbar, verstreckbar sind und die man bei 2100C zu trägerlosen Folien formen kann. In ähnlichen Verlautbarungen in der Patent- und anderen Literatur wurden Verfahren zur Polymerisation und Copolymerisation von Laktid zur Herstellung starker, kristalliner, orientierbarer steifer Polymere entwickelt, aus denen man Fasern und prosthetische Vorrichtungen produziert hat, die biologisch abbaubar und biologisch verträglich waren und zuweilen aber absorbierbar bezeichnet wurden. Die Polymere verschwanden langsam durch Hydrolyse. Siehe beispielsweise US-PS 2.703.316, 2.758.987,3.297.033,3.463.158,3.531.561,3.620.218,3.636.956,3.736.646,3.797.499,3*.839.297,3.982.543,4.243.775,4.438.253, 4.496.446 Europäische Patentanmeldung 0146398, internationale Patentanmeldung WO 80/00533 und Offenlegungsschrift 2.118.127.Homopolymers and copolymers of various lyclic esters, e.g. B. Glycolide, Lactide and the lectins have been set forth in numerous patents and scientific publications. Previous patents have described processes for the polymerization of lactic acid, laclide, or both, but did not yield polymers of high molecular weight and good physical properties, and the polymeric products were often sticky, adherent materials without good physical properties. See Example US Pat. Nos. 1,995,970, 2,362,611 and 2,683,136. The patent to Lowe, U.S. Patent 2,368,162, first cites the use of pure glycolide and lactide to provide polymers and copolymers "; of high molecular weight lactide. Lactide is the dilactone of lactic acid and is an internal ester of lactic acid. When lactide is formed, the by-produced water is eliminated, thereby allowing the lactide to be subsequently polymerized by ring cleavage to linear high molecular weight polyester without lengthy condensation procedures. The copolymerization of lactide and glycolide gave toughness and improved thermoplastic processability compared to the homopolymers. Using the intermediate lactide to make PLA gave polymers and copolymers with excellent physical properties. Copolymers of lactide and glycolide are given in the patent to Lowe, which are tough, clear, kaltziehbar, stretchable and which can be at 210 0 C to form unsupported films. In similar publications in the patent and other literature, processes have been developed for the polymerization and copolymerization of lactide to produce strong, crystalline, orientable rigid polymers from which have been produced fibers and prosthetic devices that were biodegradable and biocompatible, and sometimes absorbable were designated. The polymers slowly disappeared by hydrolysis. See, for example, U.S. Patent Nos. 2,703,316, 2,758,987, 3,297,033, 4,363,158, 3,531,561, 3,620,218, 3,636,956, 736,646, 3,797,499, 3,839,297, 3,982,543. 4,243,775, 4,438,253, 4,496,446, European Patent Application 0146398, International Patent Application WO 80/00533 and Laid-Open Patent 2,118,127.
In anderen Patenten wird über die Verwendung dieser Polymere als starre chirurgische Elemente für biomedizinische Halter, Schrauben, Nägel, Stifte und Knochenplutten berichtet. Siehe beispielsweise US-PS 3.739.773,4.060.089 und 4.279.249. Es wurden geregelte Freisetzungsvorrichtungen von Mischungen aus bioaktiven Substanzen mit den Polymeren und Copolymeren von Laktid und/oder Glykolid dargelegt. Siehe beispielsweise US-PS 3.773.919,3.887.699,4.273.920,4.419.340, 4.471.077,4.578.384,4.728.721, R. G. Sinclair, Environmental Science & Technology, 7(10), 955 (1973), R. G. Sinclair, Proceedings, 5. Internationale Symposium on Controlled Release of Bioactive Materials, 5.12 und 8.2., University of Akron Press, 1978. Diese Verwendung von Laktidpolymeren und Copolymeren erforderten zähe oder glasartige Materialien, dia sich mahlen ließen und die keine physikalischen Eigenschaften für einen eindeutigen Einsatz als thermoplastische Verpackungsmaterialien aufwiesen.Other patents report the use of these polymers as rigid surgical elements for biomedical holders, screws, nails, pins, and bone plugs. See, for example, U.S. Patent Nos. 3,739,773, 4,060,089 and 4,279,249. Controlled release devices of mixtures of bioactive substances with the polymers and copolymers of lactide and / or glycolide have been set forth. See, for example, U.S. Patent Nos. 3,773,919, 3,887,699, 4,273,920, 4,419,340, 4,471,077, 4,478,384, 4,728,721, RG Sinclair, Environmental Science & Technology, 7 (10), 955 (1973). , RG Sinclair, Proceedings, 5th International Symposium on Controlled Release of Bioactive Materials, 5.12 and 8.2., University of Akron Press, 1978. These uses of lactide polymers and copolymers required tough or glassy materials that could be ground and that lacked physical properties for a clear use as thermoplastic packaging materials.
Im bisherigen Stand der Technik wurde der Einsatz von Laktidcopolymeren für eindeutige Verpackungszwecke angeführt. So sind in dem vorerwähnten Patent von Lowe klare, trägerlose Folien aus einem Copolymer von Laktid und Glykolid erwähnt. In US-PS 2.703.316 werden Laktidpolymere als Folienbildner beschrieben, die zäh und orientierbar sind. Es wurde „Umhüllungsgewebe" angeführt, das zäh, flexibel und fest, spröde oder biegsam war. Uin allerdings eine Biegsamkeit zu erhalten, muß das Polylaktid mit einem flüchtigen Lösungsmittel angefeuchtet werden, andernfalls bekommt man steife und spröde Polymere. Für das Laktidmonomer wird ein Schmelzpunkt über 12O0C angegeben. L-Laktidmonomer schmilzt bei 950C, und D,L-Laktide schmelzen bei 1280C. Das ist ein Beispiel für den bisher bekannten Stand der Technik, das spezielle Modifikationen von Laktidpolymeren darstellt, um eine Biegsamkeit zu erreichen. So werden in US-PS 3.021.309 Laktide mit Delta-Valerolakton und Caprolakton copolymerisiert, um Laktidpolymere zu modifizieren und um zähe, weiße, kristalline feste Substanzen zu erhalten. Weiche, feste Copolymerzusam ^ensetzungen werden nur mit den Copolymeren des Caprolaktons und 2,4-Dimethyl-4-Methoxy-methyl-5-Hydroxpentansäurelakton aber nicht mit Laktidzusammensetzungen erwähnt. US-PS 3.284.417 bezieht sich auf die Herstellung von Polyestern, die als Weichmacher und Zwischenprodukte für die Produktion von Elastomeren und Schaumstoffen verwendbar sind. Dieses Patent schließt Laktide aus und verwendet Zusammensetzungen auf der Basis von 7- bis 9gliedrigen Ringlaktonen, z. B. Epsilon-Caprolakton, um die gewünschten Zwischenprodukte zu erhalten. Es werden keine Zugfestigkeits-, Modul- oder Prozent-Dehnungswerte angegeben. US-PS 3.237.033 behandelt die Verwendung von Glykolid und Glykolid-Laktidcopolymeren für die Herstellung von undurchsichtigen Materialien, die :u für medizinisches Nahtmaterial geeignete Fasern orientiert werden können. Es wird festgestellt, daß „Weichmacher die Kristaillnität beeinflussen aberfür Schwämme und Folien verwendbarsind". Ausdiesen Angaben ist klar ersichtlich, daß Laktidpolymere und-copolymere steif sind, falls sie nicht plastifiziert werden. Das trifft auch für US-PS 3.736.646 zu, nachdem Laktid-Glykolidcopolymere durch Verwendung von Lösungsmitteln weichgemacht werden, z. B. Methylenchlorid, Xylen oder Toluen. In US-PS 3.797.499 werden Copolymere aus L-Laktid und D,L-Läktid angeführt, die größere Flexibilität in verstreckten Fasern für absorbierbares Nahtmaterial besitzen. Diese Fasern haben Festigkeiten über 50000 psi mit prozentualen Dehnungen von etwa 20%. Die Moduli betragen etwa eine Million psi. Es handelt sich um noch ganz steife Zusammensetzungen im Vergleich zu den höchst flexiblen Verpackungsmaterial-Zusammensetzungen, womit sich ihre Verwendung als Nahtmaterial widerspiegelt. In US-PS 3.844.987 wird der Einsatz von Pfropfcopolymeren und Mischungen aus biologisch abbaubaren Polymeren mit natürlich vorkommenden biologisch abbaubaren Produkten dargelegt, z.B. Zellulosematerialien, Sojabohnenpulver, Reisschalen und Bierhefe, für Produktionsartikel, z. B. ein Container zur Aufnahme eines Mediums, um Samen oder Sämlinge zum Keimen zu bringen und zu ziehen. Diese Produktionsartikel sind für Verpackungszwecke nicht geeignet.The prior art has cited the use of lactide copolymers for clear packaging purposes. Thus, the aforementioned Lowe patent mentions clear, unsupported films of a copolymer of lactide and glycolide. US Pat. No. 2,703,316 describes lactide polymers as film formers which are tough and orientable. It was cited as "wrapping fabric" which was tough, flexible and strong, brittle or pliable, but in order to obtain flexibility, the polylactide must be moistened with a volatile solvent otherwise stiff and brittle polymers will be obtained indicated about 12O 0 C. L-Laktidmonomer melts at 95 0 C, and D, L-lactide melt at 128 0 C. this is an example of the previously known prior art, which is of special modifications Laktidpolymeren to a flexibility to For example, US Patent 3,021,309 discloses the copolymerization of lactides with delta-valerolactone and caprolactone to modify lactide polymers and to obtain tough, white crystalline solids. Soft, solid copolymer compositions are used only with the copolymers of caprolactone and caprolactone 2,4-dimethyl-4-methoxy-methyl-5-hydroxypentanoic acid lactone, but not mentioned with lactide compositions, U.S. Patent 3,284,417 to the preparation of polyesters useful as plasticizers and intermediates for the production of elastomers and foams. This patent excludes lactides and uses compositions based on 7- to 9-membered ring lactones, e.g. Epsilon-caprolactone to obtain the desired intermediates. No tensile strength, modulus or percent elongation values are given. US Pat. No. 3,237,033 deals with the use of glycolide and glycolide lactide copolymers for the preparation of opaque materials which can be oriented to fibers suitable for medical suture. It is noted that "plasticizers affect the crystallinity but are useful for sponges and films." It is clearly evident from these data that lactide polymers and copolymers are stiff if not plasticized, as is U.S. Patent 3,736,646 after Lactide glycolide copolymers are plasticized by the use of solvents, e.g., methylene chloride, xylene, or toluene., U.S. Patent 3,797,499, cites L-lactide and D, L-lactide, for greater flexibility in stretchable suture absorbent fibers These fibers have strengths in excess of 50,000 psi with percent elongations of about 20% The moduli are about one million psi These are still very stiff compositions compared to the highly flexible packaging material compositions, which is reflected in their use as sutures U.S. Patent 3,844,987 teaches the use of graft copolymers and biologic mixtures sch degradable polymers with naturally occurring biodegradable products set forth, for example, cellulosic materials, soybean powder, rice husks and brewer's yeast, for production items, eg. As a container for receiving a medium to seed or seedlings to germinate and pull. These articles are not suitable for packaging purposes.
In US-PS 4.620.993 wird eine biologisch abbaubare Zusammensetzung für Wegwerfbeutel dargelegt, die aus Polymeren von 3-Hydroxybutyrat und 3-Hydroxybutyrat/3-Hydroxyvaleratcopolymer besteht. Milchsäure ist vergleichweise 2-Hydroxypropfonsäure. In US-PS 3.982.543 wird die Verwendung von flüchtigen Lösungsmitteln als Weichmacher bei Laktidcopolymeren behandelt, um eine Biegsamkeit zu erreichen. US-PS 4.045.418 und 4.057.537 beziehen sich auf die Copolymerisation von Caprolakton mit Laktiden, entweder L-Laktid oder D,L-Laktid, um eine Biegsamkeit zu erzielen. In US-PS 4.052.988 wird die Verwendung von Poly(p-Dioxanon) behandelt, um eine verbesserte Knotenknüpfung und Knotensicherheit für absorbierbares Nahtmaterial zu erhalten. In US-PS 4.387.769 und 4.526.695 wird die Verwendung von Laktid- und Glykolidpolymeren und -copolymeren dargelegt, die, allerdings nur bei höheren Temperaturen, verformbar sind. Das Europäische Patent 0108933 verwendet eine Modifikation von Glykolidcopolymeren mit Polyethylenglykol, um Triblockropolymerezu erhalten, die als Nahtmaterial eingesetzt werden. Wie bereits erwähnt, gibt es einen festen Konsens, daß man einf. 3iegsamkeit von Laktidpolymeren nur durch Weichmacher erhält, die flüchtig sind und aus flüchtigen Lösungsmitteln oder weiteren comonomeren Substanzen bestehen.U.S. Patent 4,620,993 discloses a biodegradable disposable bag composition consisting of polymers of 3-hydroxybutyrate and 3-hydroxybutyrate / 3-hydroxyvalerate copolymer. Lactic acid is comparatively 2-hydroxypropanoic acid. U.S. Patent 3,982,543 treats the use of volatile solvents as plasticizers in lactide copolymers to achieve flexibility. U.S. Patent Nos. 4,045,418 and 4,057,537 relate to the copolymerization of caprolactone with lactides, either L-lactide or D, L-lactide, to provide flexibility. U.S. Patent No. 4,052,988 is directed to the use of poly (p-dioxanone) to provide improved knot tying and knot security for absorbable suture. U.S. Patent Nos. 4,387,769 and 4,526,695 disclose the use of lactide and glycolide polymers and copolymers which are deformable, but only at elevated temperatures. European Patent 0108933 uses a modification of glycolide copolymers with polyethylene glycol to obtain triblock polymers which are used as sutures. As already mentioned, there is a strong consensus that you einf. Likability of Laktidpolymeren only obtained by plasticizers, which are volatile and consist of volatile solvents or other comonomer substances.
Copolymere von L Laktld und D,L-Lak;id sind aus dem bisherigen Stand der Technik bekannt, aber Hinweise besagen, daß die Biegsamkeit kelno zugehörige physikalische Eigenschaft ist. In US-PS 2.758.987 werden Homopolymere behandelt, entweder L- oder D.L-Lakticl, die als zu klaren, festen, orientierbaren Folien schmelzpreßbar beschrieben werden. Die Eigenschaften von Poly-L-Laktid werden wie folgt angegeben: Zugfestigkeit 29000psi, Dehnung 23%, Modul 710000psl. Die Eigenschaften von Poly-D.L-Laktid waren: Zugfestigkeit 26000 psi,Dehnung48%uiul ein Modul von 260 000 psi. Copolymere von L-und D, L-Laktid, das heißt Copolymere von L- und D,L-Milchsäure, werden nur für eine 60/50 Massemlschung angegeben. Es werden nur Eigenschaften des Klebrigkeitspunktes genannt (Beispiel 3). In den Patentansprüchen wurde festgelegt, daß eine antipodale (optisch aktiv, z. B. L-Laktid-) Monomeren für die Erzeugung einer höheren Festigkeit bevorzugt wird. Die Homopolymere von L-Laktid und D,L-Laktid sowie die L-/D,L-Laktidcopolymere mit einem Masseverhältnis von 75/25,60/50 und 25/75 werden als Beispiel in US-PS 2.951.828 angeführt, das die Perlpolymerisation von Alphp-Hydroxykarbonsäure behandelt. Die Copolymere haben Erweichungspunkte von 110-135°C. Es werden keine weiteren physikalischen Eigenschaftswerte hinsichtlich Steifigkeit und Flexibilität angegeben, ausgenommen physikalische Eigenschaften, die die Perlgröße und Erweichungspunkte im Bereich von 110-1350C betreffen. Die L-Laktid/D.L-Laktidcopolymere mit einem Masseverhältnis von 95/5,92,5/7,5,90/10 und 85/15 werden in US-PS 3.636.956 und 3.797.499 angeführt. Sie werden als Filamente aus verstreckten Fasern eingeschätzt, und sie besitzen Zugfestigkeiten über 50000 psi, Moduli von etwa eine Million und Dehnungswerte von etwa 20%. Um eine Biegsamkeit zu erzielen, werden die gleichen Weichmacher wie in US-PS 3.636.956 eingesetzt. Ein schneeweißes, unverkennbares kristallines Polymer wird in der Offenlegungsschrift 2.118.127 für ein 90/10 L-Laktid/D,L-Laktidcopolymer angegeben. Für dieses Copolymer werden keine physikalischen Eigenschaften genannt. Das Patent nennt die Verwendung für chirurgische Elemente. Die US-PS 3.297.033,3.463.158,3.531.561,3.636956,3.736.646,3.739.773 und 3.797.499 nennen alle Laktidpolymere und -copolymere die für Fasern und Nahtmaterial geeignete stark kristalline orientierbare Polymere darstellen. Diese Angaben beziehen sich auf die Verwendung von hochkristallinen Materialien, die durch Verstrecken und Spannungsfreimachen orientiert werden, um Zugfestigkeiten und Moduli zu erreichen, die typisch über 50 000 psi bzw. 1000 000 psi liegen. Obgleich die Verformbarkeit zu einer Vielzahl von Artikel erwähnt wird, werden die physikalischen Eigenschaften von unorientierten Extrudaten und Formen nicht erwähnt. Beispielsweise enthält US-PS 3.636.956 die Herstellung eines L-Laktid/D.L-Laktids mit einem Masseverhältnis von 90/10, und es werden orientierte Fasern angeführt. In dieser Darlegung wird jedoch der Einsatz von reinem L-Laktidmonomer für eine höhere Kristallinität und Festigkeit der verstreckten Fasern bevorzugt. US-PS 3.797.499 behandelt die Copolymerisation von L-Laktid/D,L-Laktid mit einem Masseverhältnis von 95/5 (Beispiel V), allerdings werden aus diesem Material Filamente hergestellt. In Spalte 5, Zeile 1 informiert Schneider über erhöhte Eigenschaften in dem in vorliegender Erfindung vorgeschlagenen Bereich. Es werden Weichmacher, z.B. Glyzeryltriazetat, Ethylbenzoat und Diethylphthalat eingesetzt.Copolymers of L Lactld and D, L-Lak; id are known in the prior art, but evidence indicates that flexibility is no related physical property. US Pat. No. 2,758,987 treats homopolymers, either L- or DL-lacticl, which are melt-pressibly described as being too clear, solid, orientable films. The properties of poly-L-lactide are given as follows: tensile strength 29000psi, elongation 23%, modulus 710000psl. The properties of Poly-DL-lactide were: tensile strength 26000 psi, elongation 48% and a modulus of 260,000 psi. Copolymers of L and D, L-lactide, that is, copolymers of L and D, L-lactic acid, are given only for a 60/50 mass deletion. Only properties of the stickiness point are mentioned (example 3). The claims set out that an antipodal (optically active, eg, L-lactide) monomer is preferred for producing higher strength. The homopolymers of L-lactide and D, L-lactide, and the L / D, L-lactide copolymers having a mass ratio of 75 / 25.60 / 50 and 25/75 are exemplified in U.S. Patent No. 2,951,828, which is incorporated herein by reference treated the bead polymerization of Alphp-Hydroxykarbonsäure. The copolymers have softening points of 110-135 ° C. Are given no further physical property values in terms of rigidity and flexibility, except physical properties that affect bead size and softening points in the range of 110 to 135 0 C. The L-lactide / DL-lactide copolymers having a mass ratio of 95 / 5,92,5 / 7,5,90 / 10 and 85/15 are given in U.S. Patents 3,636,956 and 3,797,499. They are considered to be filaments of drawn fibers and have tensile strengths in excess of 50,000 psi, moduli of about one million, and elongation values of about 20%. To achieve flexibility, the same plasticizers are used as in US Pat. No. 3,636,956. A snow-white, distinctive crystalline polymer is disclosed in Laid-Open Specification 2,118,127 for a 90/10 L-lactide / D, L-lactide copolymer. No physical properties are mentioned for this copolymer. The patent mentions the use for surgical elements. U.S. Patent Nos. 3,297,033, 3,463,158, 3,531,561, 3,636,956, 3,736,646, 3,739,773, and 3,797,499 all call lactide polymers and copolymers the highly crystalline orientable polymers suitable for fibers and suture. These figures relate to the use of highly crystalline materials which are oriented by stretching and stress relief to achieve tensile strengths and moduli typically greater than 50,000 psi and 1,000,000 psi, respectively. Although moldability is mentioned in a variety of articles, the physical properties of unoriented extrudates and shapes are not mentioned. For example, U.S. Patent No. 3,636,956 includes the preparation of an L-lactide / DL lactide having a weight ratio of 90/10, and cited oriented fibers. However, in this discussion, the use of pure L-lactide monomer for higher crystallinity and strength of the drawn fibers is preferred. US Pat. No. 3,797,499 deals with the copolymerization of L-lactide / D, L-lactide with a mass ratio of 95/5 (Example V), but filaments are produced from this material. In column 5, line 1, Schneider informs about enhanced properties in the range proposed in the present invention. Plasticizers, for example glyceryl triacetate, ethyl benzoate and diethyl phthalate are used.
In US-PS 3.736.646,3.773.919,3.887.699,4.273.920,4.471.077 und 4.578.384 wird die Verwendung von Laktidpolymeren und •copolymeren als Grundmasse zur dauerhaften Freisetzung von Arzneimitteln angeführt, die biologisch abbaubar und biokompatibel ist. Wiederum werden physikalische Eigenschaften der Polymeren aus üblichen Thermoformungsverfahren, z. B. Folieextrusion oder Formen nicht angegeben.U.S. Patent Nos. 3,736,646, 3,773,919, 3,887,699, 4,273,920, 4,471,077, and 4,578,384 disclose the use of lactide polymers and copolymers as a sustained-release matrix of medicaments that is biodegradable and biocompatible , Again, physical properties of the polymers from conventional thermoforming processes, e.g. B. film extrusion or molding not specified.
Von besonderem Interesse behandelt US-PS 4.719.246 die Mischung von Homopolymeren von I-Laktid, D-Laktid, Polymeren oder deren Mischungen sowie Copolymeren von L-Laktid oder D-Laktid mit mindestens einem nichtlaktiden Comonomer. Mit der Mischung sollen Zusammensetzungen hergestellt werden, die in Wechselwirkung stehende Segmente aus Poly(L-Laktid) und Poly(D-Laktid) haben.Of particular interest is U.S. Patent 4,719,246, which teaches the mixture of homopolymers of I-lactide, D-lactide, polymers or mixtures thereof and copolymers of L-lactide or D-lactide with at least one non-lactic comonomer. The mixture is intended to produce compositions having interacting segments of poly (L-lactide) and poly (D-lactide).
Im Kanadischen Patent 808.731 werden Copolymere von L- und D,L-Laktid angeführt, bei denen ein zweiwertiges Metall der Gruppe Il Teil der Struktur ist. Das 90/10 LVD^-Laktidcopolymer (Beispiel 2) und das L-Laktidhomopolymer wurden als „geeignet für Folien und Fasern" beschrieben. Das 90/10 Copolymer wird als schneeweißes Copolymer beschrieben, und das Homopolymer von L-Laktid kann zu transparenten Folien geformt werden. (Das mehr kristalline Polymer muß das undurchsichtige oder schneeweiße Material sein, welches das Homopolymer ist). Das Patent offenbart „die Tatsache, daß angenommen wird, daß die erfindungsgemäßen neuartigen Polylaktide die Metallkomponente des Katalysators in Form eines Laktates enthalten, von Bedeutung ist". Weiter: Die Polylaktide finden Anwendung bei der Herstellung von Folien und Fasern mittels konventioneller Produktionsverfahren für thermoplastisches Harz. Es werden keine physikalischen Eigenschaftswerte zur Festigkeit und Flexibilität der Γ "η angegeben.Canadian Patent 808,731 cites copolymers of L and D, L-lactides in which a Group II divalent metal is part of the structure. The 90/10 LVD ^ lactide copolymer (Example 2) and the L-lactide homopolymer were described as "suitable for films and fibers." The 90/10 copolymer is described as a snow-white copolymer, and the L-lactide homopolymer can become transparent films (The more crystalline polymer must be the opaque or snow-white material which is the homopolymer.) The patent discloses "the fact that it is believed that the novel polylactides of the invention contain the metal component of the catalyst in the form of a lactate is ". Next: The polylactides find application in the production of films and fibers by means of conventional production processes for thermoplastic resin. No physical property values for the strength and flexibility of Γ "η are given.
Im Kanadischen Patent 863.673 werden Zusammensetzungen von L-Laktid- und D,L-Laktidcopolymeren in den Verhältnissen 97/3,95/5,92,5/7,5,90/10 und 85/15 von L-/D,L-Laktid angegeben. Sie wurden alle als verstreckbare Filamente für chirurgische Zwecke charakterisiert. Die Zugfestigkeit, etwa 100000 psi, war hoch, die Dehnung annähernd 20%, und es wurden Weichmacher zur Erzielung einer Biegsamkeit erwähnt. D.L-Laktid-Zusammensetzungen unter 15Ma.-% sind in den Patentansprüchen fixiert. Im Kanadischen Patent 923.245 werden die Copolymere von L- und D,L-Laktid behandelt (Beispiel 15). Das 90/10 Copolymer wird als schneeweißes Polylaktid beschrieben. Es wird festgestellt, daß die nach den Verfahren des Patentes hergestellten Polylaktide bei der Produktion von Folien und Fasern Verwendung finden, die nach den konventionellen Fabrikationsverfahren für thermoplastisches Harz hergestellt wurden.Canadian Patent 863,673 discloses compositions of L-lactide and D, L-lactide copolymers in the ratios 97 / 3.95 / 5,92,5 / 7,5,90 / 10 and 85/15 of L- / D, L Lactide indicated. They were all characterized as extensible filaments for surgical purposes. The tensile strength, about 100,000 psi, was high, the elongation approximately 20%, and plasticizers were mentioned for the purpose of achieving flexibility. D.L-lactide compositions below 15% by mass are fixed in the claims. In Canadian Patent 923,245, the copolymers of L- and D, L-lactide are treated (Example 15). The 90/10 copolymer is described as a snow white polylactide. It is noted that the polylactides made by the methods of the patent are used in the production of films and fibers made according to conventional thermoplastic resin fabrication processes.
Im US-PS 4.719.246 wird die Verwendung von einfachen Mischungen aus PoIy-L- und Poly- (D-Laktid-) Polymeren und deren Mischungen, bezeichnet als Poly(S-Laktid) und Poly(R-Laktid) und Copolymeren von L-Laktid oder D-Laktid mit mindestens einem nichtlaktidischen Comonomer behandelt. Die Beispiele stellen alle physikalische Gemische dar. Die speziellen Eigenschaften des „Zusammenbackens" stammen von der razemischen Verbindungsbildung (vergleiche „Stereochemistry of Carbon Compounds", E.L.EIiel, McGraw-Hill, 1962, Seite 45). Razemische Verbindungen bestehen aus zusammengebackenen Enantiomeren, das heißt, daß die D- und L-Formen (oder R und S) miteinander durch polare Kräfte verbunden sind. Das kann zu einer Verringerung der kristallinen Schmelzpunkte führen, in Abhängigkeit davon, ob die D-zu-D- (oder L-zu-L·) Kräfte geringer oder größer sind als die D-zu-L-Kräfte. Um den Effekt zu erhöhen, sind für polymerrazemische Verbindungen Homopolymere oder große Kettenlängen von D und L erforderlich (und festgelegt in US-Patent 4.719.246, Spalte 4, Zeile 48). Die große Symmetrie oder Regelmäßigkeit dieser Struktur ermöglicht das Zusammenpressen oder Zusammenbacken durch sehr regelmäßige polare Kräfte entweder dadurch, daß sie die gleichen oder Spiegelbilder sind. Das führt zu einer beträchtlichen Kristallinität. Die Technik der razemischen Verbindungen hat eine lange Geschichte, die auf die klassische Chemie zurückgeht. In US-PS 4.661.530 werden Mischungen einer Poly(L-Milchsäure) und/odcir Poly(D,L-Laktidacid (Milchsäure)) mit segrnentierten Polyosterurethan? oder Polyetharurethanen behandelt. Es werden biologisch abbaubare Materialien erzeugt, die für synthetischen Ersatz von biologischen Geweben und Organen bei der rekonstruktiven Chirurgie von Nutzen sind. Nun wird hier im bisher bekannten Stand der Technik dargelegt, daß Laktidpolymere für biegsame, hochdehnbareUS Pat. No. 4,719,246 discloses the use of simple mixtures of poly-L and poly (D-lactide) polymers and mixtures thereof referred to as poly (S-lactide) and poly (R-lactide) and copolymers of L-lactide or D-lactide treated with at least one non-lactic comonomer. The examples all represent physical mixtures. The specific properties of "caking" are derived from racemic compound formation (see "Stereochemistry of Carbon Compounds", E.L. Eliel, McGraw-Hill, 1962, page 45). Racemic compounds consist of caged enantiomers, that is, the D and L forms (or R and S) are joined together by polar forces. This can lead to a decrease in crystalline melting points, depending on whether the D to D (or L to L x) forces are less or greater than the D to L forces. To increase the effect, homopolymers or large chain lengths of D and L are required for polymer-racemic compounds (and set forth in U.S. Patent 4,719,246, column 4, line 48). The great symmetry or regularity of this structure enables compression or caking by very regular polar forces either by being the same or mirror images. This leads to a considerable crystallinity. The technique of racemic compounds has a long history dating back to classical chemistry. U.S. Patent 4,661,530 discloses blends of a poly (L-lactic acid) and / or poly (D, L-lactidacid (lactic acid)) with sequestered polyosterurethane. or Polyetharurethanen treated. Biodegradable materials are produced which are useful for synthetic replacement of biological tissues and organs in reconstructive surgery. Now it is demonstrated in the prior art that lactide polymers for flexible, highly elastic
Zusammensetzungen unter Verwendung von Laktidmonomeren, Milchsäure oder Oligomeren der Milchsäure oder Laktide als Weichmacher eingesetzt werden können. Keine der früheren Zusammensetzungen ist für den definierten Verpnckunysmittelbedarf der thermoplastischer» Polymere erzeugenden Industrie geeignet.Compositions using lactide monomers, lactic acid or oligomers of lactic acid or lactides as plasticizers can be used. None of the earlier compositions are suitable for the defined packaging need of the thermoplastic polymer producing industry.
Von den Fachleuten wird eingeschätzt, daß die Verdoppelung der Eigenschaften eines Thermoplastes durch ein anderes nicht vorausbestimmbar ist. Demzufolge gibt es bei Krlstallpolystyren oder OPS exakte Forderungen hinsichtlich eines zufriedenstellenden Gebrauchswertes des Polystyrene, die sich über viele Jahre hinweg entwickelt haben, um die Spezifikation der OPS-Sorten für die Herstellung und den Endverbrauch zu erfüllen.It will be appreciated by those skilled in the art that the doubling of the properties of one thermoplastic by another is not predictable. As a result, there are exact requirements for Krlstall polystyrene or OPS for satisfactory use of polystyrene, which has evolved over many years to meet the specification of OPS grades for manufacture and end use.
Die allgemeine Lehre der Erfindung und der ersten Ausführungsart besteht darin, daß Homopolymere von L-Laktid, D-Laktid und D.L-Laktid sowie Copolymere aus deren Mischungen, die mit Laktidmonomer(en), Milchsäure oder Oligomeren von Laktid oder von Milchsäure plastifiziert wurden, als bestens verwendbare Thermoplaste eingesetzt werden, die ähnliche Eigenschaften wie die üblichen, in der Umwelt nichtabbaubaren Plaste haben können (z.B. die Eigenschaften von Polyethylen u.a.). Diese Zusammensetzung hat die Formel:The general teachings of the invention and the first embodiment are that L-lactide, D-lactide and DL-lactide homopolymers and copolymers of their mixtures plasticized with lactide monomer (s), lactic acid or oligomers of lactide or lactic acid, be used as a highly useful thermoplastics, which may have similar properties as the usual, non-degradable in the environment plastic (eg the properties of polyethylene, etc.). This composition has the formula:
CH^CH ^
f G -C-Of G -C-O
und wird innig mit einem Weichmacher plastifiziert, der aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus Laktid, Milchsäure, Oligomeren der Milchsäure sowie deren Mischungen besteht. Die Oligomere der Milchsäure werden ferner vorzugsweise durch die Formel Il dargestellt, in der m eine ganze Zahl ist: 2 < m < 75. Allerdings ist m vorzugsweise 2 < m s 10. Der Weichmacher enthält vorzugsweise 2 bis 60Ma.-% Polymeres. Die Polymere kann man aus Laktidmonomeren, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus L-Laktid, D-Laktid, Meso-D,L-Laktid und deren Mischungen erhalten. Vorzugsweise ist η 150 £ η 20000.and is intimately plasticized with a plasticizer selected from the group consisting of lactide, lactic acid, oligomers of lactic acid and mixtures thereof. The oligomers of lactic acid are further preferably represented by the formula II wherein m is an integer: 2 <m <75. However, m is preferably 2 <m · s. The plasticizer preferably contains 2 to 60 mass% of polymer. The polymers can be obtained from lactide monomers selected from a group consisting of L-lactide, D-lactide, meso-D, L-lactide and mixtures thereof. Preferably, η is 150 pounds η 20000.
- ο- o
Laktidmonomeres kann in einem Anteil von 5 bie 40 Ma.-% des Polymeren vorhanden sein, während Laktidoligomeres oder Milchsäure und deren Oligomere in einem Anteil von 2-60Ma.-% vorhanden sein können. Diese Zusammensetzung ermöglicht viele wünschenswerte Merkmale des Polyethylene, z.B. Biegsamkeit, Transparenz und Zähigkeit. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung der biologisch abbauharen Zusammensetzung vorgeschlagen. Das Verfahren beinhaltet die Stufen Mischen, Erhitzen und Schmelzen von einem oder mehreren Laktidmonomeren und Katalysator; Polymerisieren der Monomeren der Lösung zur Herstellung eines Polymeren bei einer ausreichend niedrigen Temperatur, so daß man die Polymerisationsreaktion vor Beendigung der Polymerisation unterbrechen kann, Überwachung des Monomerengehaltes und Unterbrechung der Reaktion vor Beendigung der Polymerisation bei einem Monomerenanteil, der durch die Kontrolle bestimmt wurde, damit nicht unreagiertes Monomeres zusammen mit dem Polymeren enthalten ist. Außerdem wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung eines plastifizierten Polymeren aus Poly-Milchsäure, bestehend aus Mischen, Erhitzen und Schmelzen eines oder mehrerer Laktidmonomere und eines Katalysators, Polymerisieren der Monomeren dor Lösung zur Herstellung eines Polymeren ohne die Reaktion zu unterbrechen und Einbau eines Weichmachers in das Polymere, wobei der Weichmacher aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus D-Laktid, L-Laktid, Meso-D,L-Laktid, Milchsäure, Oligomeren der Milchsäure und deren Mischungen besteht.Lactide monomer may be present in a proportion of from 5% to 40% by weight of the polymer, while lactide oligomer or lactic acid and its oligomers may be present in a proportion of 2-60% by weight. This composition allows many desirable features of the polyethylene, e.g. Flexibility, transparency and tenacity. Furthermore, a method for producing the biodegradable composition is proposed. The method includes the steps of mixing, heating and melting one or more lactide monomers and catalyst; Polymerizing the monomers of the solution to produce a polymer at a sufficiently low temperature such that the polymerization reaction can be stopped prior to completion of the polymerization, monitoring the monomer content and stopping the reaction before completion of the polymerization at a monomer level determined by the control unreacted monomer is included together with the polymer. Also, a method is proposed for producing a plasticized polymer of poly-lactic acid consisting of mixing, heating and melting one or more lactide monomers and a catalyst, polymerizing the monomers of the solution to produce a polymer without interrupting the reaction and incorporating a plasticizer in the Polymers, wherein the plasticizer is selected from the group consisting of D-lactide, L-lactide, meso-D, L-lactide, lactic acid, oligomers of lactic acid and mixtures thereof.
Eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsart beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer in der Umwelt biologisch abbaubaren Zusammensetzung und eine in der Umwelt biologisch abbaubaren Zusammensetzung, die als Ersatz für Polystyren verwendet werden kann, das aus Poly-Milchsäure-Struktureinheiten der Formel I besteht, in der η eine ganze Zahl zwischen 75 und 10000 und der Alpha-Kohlenstoff eine Mischung von L- und D-Konfigurationen mit einem Übergewicht entweder von D- oder L-Struktureinheiten ist, worin das Polymer aus L-Laktid oder D-Lakt'd mit 85 bis 95 Masseteilen und D,L-Laktid mit 15 bis 5 Masseteilen hergestellt wird, wobei das unorientierte Polymer eine Zugfestigkeit von mindestens 5000psi und einen Tangentenmodul von mindestens 200000 psi sowie dispergieren Weichmacher in Höhe von 0,1-5Ma.-% hat. In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsart wird das Verfahren zur Herstellung einer in der Umwelt abbaubaren Zusammensetzung und eine in der Umwelt abbaubare Zusammensetzung behandelt, bestehend aus Mischungen eines physikalischen Gemische von Poly-Milchsäure und einem oder mehrerer aus einer Gruppe ausgewählter Polymere, die aus einem Polymer von Ethylenterephthalat, einem Polymer oder Copolymer von Styren, Ethylen, Propylen, Vinylchlorid, Vinylazetat, Alkylmethacrylat, Alkylacrylat und deren physikalischen Gemischen besteht.A second embodiment of the invention includes a process for preparing an environmentally biodegradable composition and an environmentally biodegradable composition which can be used as a substitute for polystyrene consisting of polylactic acid structural units of the formula I in which η is a integer between 75 and 10,000 and the alpha-carbon is a mixture of L and D configurations with an overweight of either D or L moieties, wherein the polymer is from L-lactide or D-lactate at 85 to 95 15 to 5 parts by weight, the unoriented polymer having a tensile strength of at least 5000 psi and a tangent modulus of at least 200,000 psi and dispersing plasticizer in the amount of 0.1-5 mass%. In a third embodiment of the invention, the process of preparing an environmentally degradable composition and an environmentally degradable composition comprising mixtures of a physical mixture of poly-lactic acid and one or more of a group of selected polymers consisting of a polymer of Ethylene terephthalate, a polymer or copolymer of styrene, ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, alkyl methacrylate, alkyl acrylate and their physical mixtures.
In einer vierten Ausführungsart wird ein Verfahren zu: Herstellung einer in der Umwelt abbaubaren Zusammensetzung behandelt, und es wird eine in der Umwelt abbaubare Zusammensetzung dargelegt, die aus Mischungen eines physikalischen Gemische aus Poly-Milchsäure und mischungskompatiblen Elastomeren besteht, die eine verbesserte Schlagfestigkeit für die gemischte Zusammensetzung ergeben. Ein derartiges Elastomer kann beispielsweise ein Hytrel™, ein segmentierter Polyester sein, der ein Blockcopolymer harter kristalliner Segmente aus Polybutylenterephthalat und weicher langer Kettensegmente aus Polyetherglykol hat. Ein Beispiel ist unter dem Namen Hytrel™ 4056 (DuPont) als segmentierter Polyester bekannt. 'In a fourth embodiment, a process is described for: producing an environmentally degradable composition, and presenting an environmentally degradable composition consisting of blends of a physical blend of poly-lactic acid and blend compatible elastomers having improved impact resistance for the invention mixed composition. Such an elastomer may be, for example, a Hytrel ™, a segmented polyester having a block copolymer of hard crystalline segments of polybutylene terephthalate and soft long chain segments of polyether glycol. An example is known as segmented polyester under the name Hytrel ™ 4056 (DuPont). '
als Weichmacher und der Zugfestigkeit, wobei Kurve A für ein 90/10 Copolymer und Kurve B für ein 92,5/7,5 Copolymer gilt.plasticizer and tensile strength, where curve A is for a 90/10 copolymer and curve B is for a 92.5 / 7.5 copolymer.
als Weichmacher und dem Elastizitätsmodul, wobei Kurve A für ein 90/10 Copolymer und Kurve B für ein 92,5/7,5 Copolymer gilt.plasticizer and Young's modulus, where curve A is for a 90/10 copolymer and curve B is for a 92.5 / 7.5 copolymer.
8 B und einem Homopolymer von L-Laktid.8B and a homopolymer of L-lactide.
gemischt mit 5Ma.-% Polystyren.mixed with 5Ma .-% polystyrene.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung In der bevorzugten Ausführungsart Erste allgemeine AusführungsartDetailed Description of the Invention In the preferred embodiment, first generic embodiment
Die hier dargelegten, in der Umwelt biologisch abbaubaren, Zusammensetzungen sind vollständig zu umweltseitig akzeptablen und kompatiblen Stoffen abbaubar. Die Abbauzwischenprodukte Milchsäure und kurzkettige Oligomere von Laktid oder Milchsäure sind weit verteilte, natürlich auftretende Substanzen, die leicht durch sehr viele Organismen metabolisiert werden. Ihre natürlichen Endabbauprodukte sind Kohlendioxid und Wasser. Betrachtete Äquivalente dieser Zusammenseuungan, 2. B. solche, die geringere Anteile anderer Substanzen, Füllstoffe oder Verschnittmittel enthalten, können ebenfalls durch geeignete Wahl der Substanzen vollständig in der Umwelt abbaubar sein. Die hier behandelten Zusammensetzungen liefern umweltseitig abbaubare Materialien, da ihre physikalische Zersetzung und ihr Abbau viel schneller und vollständig erfolgen als bei den konventionellen, nichtabbaubaren Plasten, die sie ersetzen. Da ferner der gesamte oder ein größerer Teil der Zusammensetzung Poly-Milchsöure und/oder ein von der Milchsäure abgeleitetes Laktid oder Oligomer ist, verbleibt kein Rückstand oder nur ein geringer Teil eines langsamer abbaubaren Restes. Dieser Rest hat eine größere Oberfläche als das Masseprodukt und eine zu erwartende größere Abbaugeschwindigkeit.The biodegradable compositions set forth herein are fully biodegradable to environmentally acceptable and compatible materials. The breakdown intermediates lactic acid and short chain oligomers of lactide or lactic acid are widely distributed, naturally occurring substances that are easily metabolized by many organisms. Their natural end-products are carbon dioxide and water. Considered equivalents of this composition, for example, those containing minor proportions of other substances, fillers or cosolvents may also be completely biodegradable by proper choice of the substances. The compositions herein provide environmentally degradable materials because their physical decomposition and degradation are much faster and more complete than with the conventional non-degradable plastics they replace. Further, since all or a major portion of the composition is poly-lactic acid and / or lactic acid or lactic acid-derived lactide or oligomer, there is no residue or only a minor portion of a more slowly degradable residue. This residue has a larger surface area than the bulk product and an expected greater rate of degradation.
Die allgemeine Anwendung der Erfindung schlägt sich in der ersten und allgemeinen Ausführungsart der Erfindung nieder. Die Homopolymere von D-Laktid, L-Laktid, D,L-Laktid sowie Copolymere von D-Laktid, L-Laktid; D-Laktid, D,L-Laktid; L-Laktid, D,L-Laktid und D-Laktid, L-Laktid und D,L-Lakt!d erzeugen alle Materialien, die für die Erfindung brauchbar sind, wenn sie mit Laktidmonomeren, Milchsäure, Oligomeren von Laktid, Oligomaren, von Milchsäure und deren Mischungen plastifiziert werden. Den Weichmacher kann man herstellen, indem man die Reaktion vor Beendigung der Polymerisation unterbricht. Wahlweise kann man zusätzlich Weichmacher dem Polymer zugeben, der aus Laktidmonomeren (D-Laktid, L-Laktid, D,L-Laktid oder deren Mischungen), Milchsäure, Oligomeren von Laktid oder Oligomeren von Milchsäure und deren Mischungen besteht. Das Polymer ist definiert durch die Formel:The general application of the invention is reflected in the first and general embodiment of the invention. The homopolymers of D-lactide, L-lactide, D, L-lactide and copolymers of D-lactide, L-lactide; D-lactide, D, L-lactide; L-lactide, D, L-lactide and D-lactide, L-lactide and D, L-lactate d produce all materials useful in the invention when combined with lactide monomers, lactic acid, oligomers of lactide, oligomers, of Lactic acid and its mixtures are plasticized. The plasticizer can be prepared by stopping the reaction before the polymerization is complete. Alternatively, one may additionally add plasticizer to the polymer consisting of lactide monomers (D-lactide, L-lactide, D, L-lactide or mixtures thereof), lactic acid, oligomers of lactide or oligomers of lactic acid and mixtures thereof. The polymer is defined by the formula:
OH3 ρOH 3 ρ
C -C -
worin η der Polymeri.sationsgrad (Anzahl sich wiederholender Struktureinheiten) ist und mit einem Weichmacher plastifiziert wird, der aus einer unvollständigen Polymerisation der zur Herstellung des Polymers verwendeten Monomere stammt. Um so inniger der Weichmacher in das Polymer integriert wird, um so besser sind seine Eigenschaften. Wenn gewünscht, kann zusätzliches Monomeres oder Oligomeres jedem Restmonomeren oder -oligomeren zugesetzt werden, das in der Zusammensetzung vorbleibt. Die Oligomere der Milchsäure für einen Weichmacher durch Formel Il definiert, worin meine ganze Zahl ist: 2 S m s 75, der bevorzugte Bereich ist jedoch:wherein η is the degree of polymerisation (number of repeating structural units) and plasticized with a plasticizer resulting from incomplete polymerization of the monomers used to prepare the polymer. The more intimately the plasticizer is integrated into the polymer, the better its properties. If desired, additional monomer or oligomer can be added to any residual monomer or oligomer that remains in the composition. The oligomers of lactic acid for a plasticizer are defined by formula II wherein my integer is 2 S m s 75, but the preferred range is:
— C — O jm- C - O jm
Um flexible Thermoplaste zu erhalten, sind die Proportionen von L-Laktid, D-Laktid und D,L-Laktid als nicht kritisch anzusehen. Die Anteile von L-Laktid, D-Laktid und D,L-Laktid können über ein breites Masseverhältnis zur Bildung eines Homopolymeren oder Copolymeren variieren. Die gemäß der Erfindung verwendeten Laktidmonomere sind handelsüblich lieferbar, so daß weder das Monomerreaktant an sich noch das Verfahren, nachdem es hergestellt wird, einen Teil der Erfindung bilden.In order to obtain flexible thermoplastics, the proportions of L-lactide, D-lactide and D, L-lactide are not considered to be critical. The proportions of L-lactide, D-lactide, and D, L-lactide can vary over a broad mass ratio to form a homopolymer or copolymer. The lactide monomers used according to the invention are commercially available, so that neither the monomer reactant per se nor the process, once prepared, form part of the invention.
D-Laktid ist ein Dilakton odor zyklisches Dimer der D-Milchsäure. Analog ist L-Laktid ein zyklisches Dimer der L-Milcheäure. Meso-D,L-Laktid ist ein zyklisches Dimer der D- und L-Milchoöure. Razemisches D,L-Laktid enthält eine Mischung aus und L-Lakt!d. Bei liier alleinigem Gebrauch soll der Begriff „D.L-Laktid* Msso-D.L-Laktid oder razemisches D.L-Laktid einschK.-'tor. Eines der in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Laktids besteht darin, Milchsäure unter hohem Vakuum zu dehydratisieren. Das Produkt wird bei hoher Temperatur und niedrigem Druck destilliert. Laklide und deren Herstellung werden behandelt von W.H. Carothers, G.L. Dorough und M. J. Johnson (J. Am. Chem. Soc. 64,761-762 (1932)); J. Gay-Lussac und J. Pelouse (Ann. 7,43 [1833]); CA. Bischoffund P.Waiden (Chem. Ber. 26,263 (1903); Ann. 279,171 [1984] und Heinrich Byk (Ger. Pat. 267.826 (1912) in Chem. Abstr. 8,654,2034 [1914]).D-lactide is a dilactone or cyclic dimer of D-lactic acid. Analogously, L-lactide is a cyclic dimer of L-lactic acid. Meso-D, L-lactide is a cyclic dimer of the D and L lactoacids. Racemic D, L-lactide contains a mixture of and L-lactate! D. When used alone, the term "D.L-lactide * Msso-D.L-lactide or racemic D.L-lactide" should be used. One of the methods of producing a lactide described in the literature is to dehydrate lactic acid under high vacuum. The product is distilled at high temperature and low pressure. Laklide and its preparation are treated by W.H. Carothers, G.L. Dorough and M.J. Johnson (J. Am. Chem. Soc., 64, 761-762 (1932)); J. Gay-Lussac and J. Pelouse (Ann. 7.43 [1833]); CA. Bischoff and P.Waiden (Chem. Ber 26, 263 (1903); Ann. 279, 171 [1984] and Heinrich Byk (Ger. Pat. 267, 826 (1912) in Chem. Abstr., 8, 654, 204 [1914]).
Die optisch aktiven Säuren können durch direkte Gärung beinahe sämtlicher nichttoxischer Kohlenhydratprodukte, Nebenprodukte oder Abfall unter Verwendung zahlreicher Bakterienstämme der Gattung Lactobacillus, z. B. Lactobacillus delbrueckll, L. tallvarlus, L. easel etc. hergestellt werden. Man kann die optisch aktiven Säuren auch durch die Auflösung der razemischen Mischung durch Zinkammoniumsalz oder dos Salz von Alkaloiden, z. B. Morphin, erhalten. L-Laktid ist ein weißes Pulver mit einer relativen Molekülmasse von 144. Wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein unreines, handelsübliches Produkt verwendet, so muß es vorzugsweise durch Rekristallisation aus wasserfreiem Methylicobutylketon gereinigt werden. Die schneeweißen Kristalle des Laktids schmelzen bei 96-980C.The optically active acids can be obtained by direct fermentation of almost all non-toxic carbohydrate products, by-products or waste using numerous bacterial strains of the genus Lactobacillus, e.g. B. Lactobacillus delbrueckll, L. tallvarlus, L. easel, etc. are produced. One can also optically active acids by the dissolution of the racemic mixture by zinc ammonium salt or the salt of alkaloids, z. As morphine obtained. L-lactide is a white powder having a molecular weight of 144. When an impure commercial product is used in the context of the present invention, it must preferably be purified by recrystallization from anhydrous methylicobutyl ketone. The snow-white crystals of the lactide melt at 96-98 0 C.
D.L-Milchsäure, die für die Herstellung von D,L-Laktid eingesetzt wird, ist handelsüblich lieferbar. Die D.L-Milchsäure kann man synthetisch durch Hydrolyse von Laktonnitril (Azetaldehydcyanohydrin) oder durch direkte Gärung fast aller nichttoxischer Kohlenhydratprodukte, Nebenprodukte oder Abfall unter Verwendung zahlreicher Bakterienstämme der Gattung Lactobacillus herstellen. D,L-Laktid ist ein weißes Pulver mit einer relativen Molekülmasse von 144. Wird ein unreines handelsübliches Produkt im Zusammenhang mit der Erfindung eingesetzt, so wird empfohlen, es durch Rekristallisation von wasserfreiem Methylisobutylketon zu reinigen. Ein solches handelsübliches Produkt, das einen breiigen, bei 90-13O0C schmelzenden Halbfeststoff enthielt, wurde von Methylisobutylketon rekristallisiert und mit Holzkohle entfärbt. Nach drei derartigen Rekristallisationen wurde dss Produkt im Vakuum bei Stickstoffdurchlauf für 8 bis 24 Stunden bei Raumtemperatur trommelgetrockr.et. Die so erhaltenen schneeweißen Kristalle enthalten eine D,L-Laktidmischung, die bei 115-1280C schmilzt. Bei der Herstellung der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung wird die Durchführung der Reaktion in der flüssigen Phase in einem geschlossenen, evakuierten Reaktor in Gegenwart eines Zinnesters einer Karbonsäure, die bis zu 18 Kohlenstoffatome enthält, bevorzugt. Die Zusammensetzungen können jedoch auch bei atmosphärischem Druck in einem mit Inertgas, z. B. Stickstoff, beschriebenen Polymerisationssystem durchgeführt werden. Erfolgt die Polymerisation in Gegenwart von Sauerstoff oder Luft, tritt eine gewisse Entfärbung mit einer sich ergebenden Abnahme der relativen Molekülmasse und der Zugfestigkeit ein. Der Prozeß kann bei Temperaturen durchgeführt werden, bei denen die Polymerisation in ihren späteren Stufen träge verläuft, so daß Restmonomeres in der Viskosepolymerschmelze eingeschlossen ist. Für diesen Zweck liegen die bevorzugten Temperaturen allgemein zwischen dem Schmelzpunkt von reinem L-Laktid und reinem D,L-Laktid oder zwischen 95 und 1970C. Während in keiner Weise der Schutzumfang der Erfindung eingeschränkt werden soll, wird es zur Zeit für möglich gehalten, daß unter etwa 1290C folgendes eintritt:DL-lactic acid, which is used for the production of D, L-lactide, is available commercially. The DL-lactic acid can be produced synthetically by hydrolysis of lactonitrile (acetaldehyde cyanohydrin) or by direct fermentation of almost all non-toxic carbohydrate products, by-products or waste using numerous bacterial strains of the genus Lactobacillus. D, L-lactide is a white powder with a molecular weight of 144. If an impure commercial product is used in connection with the invention, it is recommended to purify it by recrystallization from anhydrous methyl isobutyl ketone. Such a commercial product containing a pulpy semi-solid melting at 90-13O < 0 > C was recrystallized from methyl isobutyl ketone and decolorized with charcoal. After three such recrystallizations, the product was drum dried in vacuo with nitrogen cycling for 8 to 24 hours at room temperature. The resulting snow-white crystals contain a D, L-lactide mixture, which melts at 115-128 0 C. In preparing the compositions according to the invention, it is preferred to conduct the reaction in the liquid phase in a closed, evacuated reactor in the presence of a stannous ester of a carboxylic acid containing up to 18 carbon atoms. However, the compositions may also be applied at atmospheric pressure in inert gas, e.g. As nitrogen, polymerization system described. When the polymerization is carried out in the presence of oxygen or air, some discoloration occurs with a consequent decrease in molecular weight and tensile strength. The process can be carried out at temperatures at which the polymerization proceeds sluggishly in its later stages so that residual monomer is included in the viscose polymer melt. For this purpose, the preferred temperatures are generally between the melting point of pure L-lactide and pure D, L-lactide or 95-197 0 C. While not in any way the scope of the invention is to be limited, it is held up for possible in that below about 129 ° C. the following occurs:
1. Die Laktidmonomerenmischung aus L- und D,L-Laktidmonomeren schmilzt und bildet eine eutektische Mischung, die zu einem mobilen Medium schmilzt, das heißt zu einer innigen Lösung aus einem, zwei oder drei Monomeren.1. The lactide monomer mixture of L and D, L-lactide monomers melts and forms a eutectic mixture which melts to a mobile medium, that is, to an intimate solution of one, two or three monomers.
2. Die flüssige Schmelze wird unter Verwendung eines Katalysators polymerisiert und bildet eine zunehmend viskose Lösung und evtl. wird nichtumgesetztes Monomeres gemeinsam mit dem Polymeren in einer Lösung festgehalten, anstatt in einer klaren heterogenen Phase. Das Monomere kann nicht länger reagieren, da die Reaktion extrem diffusionbgeregelt ist und da es nicht mit der niedrigen Konzentration aktiver Endgruppen des Polymers In Berührung kommen kann.2. The liquid melt is polymerized using a catalyst to form an increasingly viscous solution, and possibly unreacted monomer is held together with the polymer in solution rather than in a clear heterogeneous phase. The monomer can no longer react because the reaction is extremely diffusion-controlled and can not come into contact with the low concentration of active end groups of the polymer.
3. Die Polymerisation hört auf oder verlangsamt sich beträchtlich, so daß bei Raumtemperatur die Mischung aus Monomeren und Polymeren eine feste Lösung ist, die die Zusamrrumsetzung weich macht, ihr Reinheit und Flexibilität verleiht.3. The polymerization ceases or slows considerably so that at room temperature the mixture of monomers and polymers is a solid solution which softens the composition, imparting to it purity and flexibility.
4. Der Katalysator wirkt deaktivierend, so daß die nachfolgende Schmelzeverarbeitung die Polymerisation nicht wieder Initiiert.4. The catalyst has a deactivating effect, so that the subsequent melt processing does not initiate the polymerization again.
5. Die plastifizierte Zusammensetzung ist sehr stabil, da das Restmonomere einen sehr hohen Siedepunkt hat, z. B. beträgt der Siedepunkt für Laktid bei 1420C bei 8Torr und hängt sehr eng mit seinem offenkettigen tautomeren Polylaktid zusammen.5. The plasticized composition is very stable because the residual monomer has a very high boiling point, e.g. For example, the boiling point of lactide at 142 0 C is at 8Torr and is closely connected with its open-chain tautomeric polylactide.
Als Alternative kann das Verfahren bei jeder Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des L-Laktid und 2000G durchgeführt werden, und Milchsäure oder L-Laktid wird anschließend in das Polymere als eine weitere Prozeßstufe schmelze- oder lösungsmittelgemischt. Temperaturen über 2000C sind nicht zu empfehlen, da das Copolymere zum Abbau neigt. Eine Erhöhung der Temperatur innerhalb des Bereichs von 95-2000C erhöht im allgemeinen die Polymerisationsgeschwindigkeit. Durch Erhitzen einer Mischung aus L-Laktid und D,L-Laktid auf eine Temperatur zwischen ungefähr 110°C und 16O0C hat man gute Ergebnisse erzielt.As an alternative, the method may be performed at any temperature between the melting point of L-lactide and 200 0 G, and lactic acid or L-lactide is subsequently melt or in the polymer as a further process stage solvent-mixed. Temperatures above 200 ° C. are not recommended since the copolymer tends to decompose. In general, increasing the temperature within the range of 95-200 0 C increases the polymerization rate. By heating a mixture of L-lactide and D, L-lactide to a temperature between about 110 ° C and 16O 0 C has achieved good results.
Die erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren sind Zinnester von Karbonsäuren, die bis zu 18 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele für solche Säuren sind Ameisen-, Proplon-, Butter-, Valerian-, n-Capron-, n-Capryl-, Pelargon-, n-Caprin-, Laurin-, Myristin-, Palmitln-, Stearin- und Benzoesäure. Gute Ergebnisse hat man mit Zinn(ll)azetat und Zinn(ll)caprylat erzielt. Man verwendet Jen Katalysator in normalen Mengen. Im allgemeinen ist eine Katalysatorkonzentration im Bereich von ungefähr 0,001 bis etwa 2Ma.-% auf Basis Gesamtmasse von L-Laktid und D,L-Laktid geeignet. Eine Katalysatorkonzentration im Bereich von ungefähr 0,01 bis etwa 1,0Ma.-% wird bevorzugt. Gute Ergebnisse hat man erzielt, wenn die Katalysatorkonzentration im Bereich von ungefähr 0,02 bis etwa 0,5 Ma.-% liegt. In einem speziellen Fall hängt die exakte Katalysatormenge in hohem Maße von dem eingesetzten Katalysator und den Betriebsvariablen inkl. Zeit und Temperatur ab. Fachleute können die genauen Bedingungen leicht bestimmen.The catalysts used in this invention are tin esters of carboxylic acids containing up to 18 carbon atoms. Examples of such acids are formic, propontic, butyric, valeric, n-caproic, n-caprylic, pelargonic, n-capric, lauric, myristic, palmitic, stearic and benzoic acids. Good results have been achieved with tin (II) acetate and tin (II) caprylate. The catalyst is used in normal amounts. In general, a catalyst concentration in the range of about 0.001 to about 2% by weight based on total weight of L-lactide and D, L-lactide is suitable. A catalyst concentration in the range of about 0.01 to about 1.0 mass% is preferred. Good results have been achieved when the catalyst concentration ranges from about 0.02 to about 0.5 mass%. In a specific case, the exact amount of catalyst depends to a large extent on the catalyst used and the operating variables including time and temperature. Professionals can easily determine the exact conditions.
Die Reaktionszeit der Polymerisationsstufe an sich wird durch die anderen Reaktionsvariablen inkl. Reaktionszeit, den speziellen Katalysator, die Menge an Katalysator und davon bestimmt, ob ein flüssiges Bindemittel verwendet wird. Die Reaktionszeit kann von Minuten bis zu Stunden oder Tagen variieren in Abhängigkeit von der Serie angewandter Bedingungen. Die Erhitzung der Monomermischung wird fortgesetzt, bis der gewünschte Polymerisationsgrad festgestellt wird. Den Polymerlsationsgrod kann man durch Analyse der Restmonomere bestimmen. Wie bereits behandelt, kann man die Reaktionstemperatur so wählen, daß man den Einbau von Monomeren vergrößert und plastifizierte Zusammensetzungen erhält, die direkt aus dem Polymerisationsreaktor kommen. Man kann die Reaktion zu einer solchen Zeit unterbrechen, wenn die Zusammensetzung die Umwandlung von Monomeren zu Polymeren erreicht hat, die zur Erzielung der gewünschten Plastifikation erforderlich ist. In der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung bleiben ungefähr 2-30% Laktid in Abhängigkeit von der erreichten Plast'fikation unreagiert.The reaction time of the polymerization step per se is determined by the other reaction variables including reaction time, the particular catalyst, the amount of catalyst and whether a liquid binder is used. The reaction time can vary from minutes to hours or days, depending on the series of applied conditions. The heating of the monomer mixture is continued until the desired degree of polymerization is determined. The Polymerlsationsgrod can be determined by analysis of the residual monomers. As already discussed, one can choose the reaction temperature to increase the incorporation of monomers and obtain plasticized compositions coming directly from the polymerization reactor. The reaction can be stopped at such a time when the composition has reached the conversion of monomers to polymers required to achieve the desired plasticization. In the preferred embodiment of the invention, approximately 2-30% of lactide remains unreacted, depending on the plasticization achieved.
enthalten, da die Gegenwart solcher Fremdstoffe zu einer Endaktivierung des Katalysators und/oder einer Zunahme dersince the presence of such impurities leads to an end activation of the catalyst and / or an increase in the
herstellen. Die Polymerisation kann in Gegenwart eines inerten, normalerweise flüssigen organischen Bindemittels durchgeführt werden, z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Benzen, Toluen, Xylen, Ethylbenzen u. 8.; oxygenlerte organische Verbindungen, z. B. Anisol, die Dimethyl- und Diethylester von Ethylenglykol; normal flüsslggesittigteproduce. The polymerization can be carried out in the presence of an inert, normally liquid organic binder, e.g. As aromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene u. 8th.; oxygenated organic compounds, eg. Anisole, the dimethyl and diethyl esters of ethylene glycol; normal liquid-gelled
den bekannten Polymerisationstechniken In jeder Mischfolge zusetzen. Demzufolge kann man dem Katalysator allen monomeren Reaktanten zugeben. Danach kann das katalysatorenthaltende Monomere dem anderen Monomer zugemischt werden. Als Alternative können die monomeren Reaktanten miteinander gemischt werden. Der Katalysator kann dann demadd to the known polymerization techniques in each mixing sequence. Accordingly, one can add to the catalyst all monomeric reactants. Thereafter, the catalyst-containing monomer may be mixed with the other monomer. Alternatively, the monomeric reactants may be mixed together. The catalyst can then the
organischen Bindemittel lösen oder suspendieren. Falls gewünscht, kann man die monomeren Reaktanten entweder als Lösung oder Suspension in einem inerten organischen Bindemittel dem Katalysator, der Katalysatorlösung oder derDissolve or suspend organic binder. If desired, the monomeric reactants, either as a solution or suspension in an inert organic binder, the catalyst, the catalyst solution or the
einen Reaktor geben. Der Reaktor kann mit einem konventionellen Wärmeaustauscher und/oder einer Mischvorrichtung ausgestattet sein. Der Reaktor kann jede Anlage sein, die normalerweise in dor Technikzur Herstellung von Polymeren verwendet wird. Beispielsweise ist ein geeigneter Reaktor ein solcher aus rostfreiem Stahl.give a reactor. The reactor may be equipped with a conventional heat exchanger and / or a mixing device. The reactor may be any equipment normally used in the art for making polymers. For example, a suitable reactor is one made of stainless steel.
die nach konventionellen Fabrikationsverfahren hergestellt werden. Diese Fabrikationsartikel sind für nichtmedizinischewhich are manufactured according to conventional manufacturing processes. These manufactured articles are for non-medical
ersetzen können.can replace.
man feste, biologisch abbaubare Zusammensetzungen in einer Hydraulikpresse nach Erwärmung der Platten preßt oder indem man sie durch ein Werkzeug extrudiert.one presses solid, biodegradable compositions in a hydraulic press after heating the plates or by extruding them through a tool.
langsamen oder sehr schnellen Abkühlung anwenden.apply slow or very rapid cooling.
anschließenden Formen bei erhöhten Temperaturen erreichen. Dadurch kann man die Hitze- und Lösungsmittelbeständigkeit erhöhen. Das Härten kann ebenso durch Mischen der Copolymere mit multifunktionellen Verbindungen erreicht werden, z. B.reach subsequent forms at elevated temperatures. This can increase the heat and solvent resistance. Curing can also be achieved by blending the copolymers with multifunctional compounds, e.g. B.
einer Härtung der Polyester sind eine eindeutige Methode zur Vernetzung und Kettenverlängerung der Copolymere.Hardening of the polyesters are a clear method for crosslinking and chain extension of the copolymers.
(Kaolin), Magnesiumsilikat u.a. Von besonderem Vorteil ist Stärke, die sich gut mit den Zusammensetzungen mischt, und man erhält eine Mischung, die vollständig in der Umwelt biologisch abbaubar ist. Weitere Eigenschaftsmodifikationen kann man durch Schmelzmischung der Zusammensetzungen mit anderen Polymeren und Copolymeren von Laktiden, Glykoliden und(Kaolin), magnesium silicate and the like. Of particular advantage is starch, which mixes well with the compositions, and a mixture is obtained which is completely biodegradable in the environment. Further property modifications can be made by melt blending the compositions with other polymers and copolymers of lactides, glycolides and
fließfähigen geschmolzenen Präkursor oder durch eine Zusammensetzung aus dem fibrösen Material und Aushärten in einerflowable molten precursor or by a composition of the fibrous material and curing in one
beinhalten natürliche und synthetische Fasern, z. B. Zellulose aus Holz, Baumwolle, Leinen, Hanf u. ä., Glas, Nylon,include natural and synthetic fibers, e.g. B. cellulose from wood, cotton, linen, hemp u. Ä., Glass, Nylon,
veranschaulicht.illustrated.
160 Gramm Laktid und 40 Gramm razemisches D-L-Laktid, beides von hoher Reinheit (Purac. Inc., 3fach rekristallisiert) wurden in einen 500-ml-Rundkolben gegeben und über Nacht mit trockenem Stickstoff gespült. 10ml ZlnndDoctat wurden in 60ml wasserfreiem Toluen gelöst, und 10 ml des Lösungsmittels werden in einem Dean-Stark Auffanggefäß destilliert, um Trockenheit dieser Katalysatorlösung durch azeotropische Destillation zu erreichen. Aus dem 10ml Zinn(ll)octoat In 50ml trockenem Toluen wird mittels einer Spritze eine Menge von 0,20ml entnommen und in die Laktide in den Reaktionskolben gespritzt. Die Stickstoffspüluny erfolgt kontinuierlich über eine Spritzennadelverbindung, die in den Reaktionskolben durch eine Gummischeidewand eingeführt wi-d. Über ein mit einem Gaspüler verbundenes Rohrstück erfolgt die Entlüftung. Der Stickstoffstrom wird bei 1-3 Blasen. ;o Sekunde gehalten. Der Kolben wurde in einem bei 123-1270C gehaltenen Ölbad erwärmt. Während des ersten Abschnitts der Erwärmung schmelzen die Laktide und werden mittels Wirbelung gründlich gemischt. Danach werden die Produkte ganz viskos. Nach 20stündiger Erwärmung wird der Kolben mit den farblosen, transparenten Produkten aus dem Heizbad herausgenommen, gekühlt, der Kolben aufgebrochen und mit flüssigem Stickstoff geschockt, um Glas aus dem Produkt zu entfernen. Das Copolymer wurde in einer erwärmten Hydraulikpresse geformt. Ein Formpressen zu 5-1 OmN dicken Folien war bei einem Druck von 20000 Ib bei 17O0C in einer Zeit von 2 min möglich. Die Folien wurden auf ihre160 grams of lactide and 40 grams of racemic DL-lactide, both of high purity (Purac Inc., recrystallized 3 times), were placed in a 500 ml round bottom flask and purged with dry nitrogen overnight. 10 ml of zinc dioxide were dissolved in 60 ml of anhydrous toluene, and 10 ml of the solvent are distilled in a Dean-Stark receiver to achieve dryness of this catalyst solution by azeotropic distillation. From the 10ml tin (II) octoate In 50ml dry toluene is taken by syringe a quantity of 0.20ml and injected into the lactides in the reaction flask. The nitrogen purge is carried out continuously via a syringe needle connection which is introduced into the reaction flask through a rubber septum. About a connected with a gas pipe piece pipe venting takes place. The nitrogen flow is at 1-3 bubbles. ; o second held. The flask was heated in an oil bath maintained at 123-127 0 C. During the first stage of heating, the lactides melt and are thoroughly mixed by vortexing. After that, the products become quite viscous. After heating for 20 hours, the flask with the colorless, transparent products is taken out of the heating bath, cooled, the flask broken and shocked with liquid nitrogen to remove glass from the product. The copolymer was molded in a heated hydraulic press. A compression to 5-1 omn thick films was possible at a pressure of 20,000 lb at 17O 0 C in a time of 2 min. The slides were on hers
Festigkeitseigenschaften auf einem Instron-Prüfgerät geprüft, und die Ergebnisse sind In Tabelle 1 zusammengestellt. Zur Prüfung der Schlagfestigkeit wurden V« Zoll dicke Proben formgepreßt. Es wurde eine thermogravimetrische Analyse (TGA) das Produktes durchgeführt und der Masseverlust nach Erwärmung der Probe auf 160°C In 4min und Beibehalten der Temperatur bei 1600C für 6OmIn notiert. Der Masseverlust der Probe betrug 19,5% und war in 60min nahezu vollständig. Der Masseverlust wird von einem Verlust von Laktidmonomeren begleitet. Die Ergebnisse der Differential-Scanningkalorimetrle (DSC) ergaben, daß die Zusammensetzung einen Wärmeverbrr.uch beginnend bei 1100C hat, der ausgeprägter wird, wenn die Temperatur auf 20O0C steigt. Es wurde kein Schmelzpunkt beobachtet. Die Prüf proben wurden bei 1850C über Nacht spannungsfrei gemacht und erneut geprüft. Sie blieben transparent, farblos und biegsam. Proben des Copolymers konnten 6x wieder formgepreßt werden, ohne Verfärbung oder offensichtlichen Festigkeitsverlust. Dünne Folien waren trotz wiederholter Verformung klar, transparent, farlos und sehr flexibel.Strength properties are tested on an Instron tester, and the results are summarized in Table 1. To test the impact strength, V "inch thick specimens were compression molded. A thermogravimetric analysis (TGA) of the product was carried out and the mass loss after heating the sample to 160 ° C in 4min and maintaining the temperature at 160 0 C for 6OmIn noted. The mass loss of the sample was 19.5% and was almost complete in 60 minutes. The loss of mass is accompanied by a loss of lactide monomers. The results of the differential Scanningkalorimetrle (DSC) showed that the composition has a Wärmeverbrr.uch starting at 110 0 C, which becomes more pronounced as the temperature increases to 20O 0 C. No melting point was observed. The test specimens were de-energized at 185 0 C overnight and retested. They remained transparent, colorless and flexible. Samples of the copolymer could be re-molded 6x, without discoloration or obvious loss of strength. Despite repeated deformation, thin films were clear, transparent, colorless and very flexible.
(a) MasseverhSltnls L-/razemlsches D.L-Laklid 80/20(a) Mass L-racemic D.L Laklid 80/20
(b) V(ZoII, gekerbte Proben(b) V (ZoII, notched specimens
(cj Masseverlust bei 1 BO'C durch taothermleche TGA(cj loss of mass at 1 BO'C by Taothermleche TGA
In einen 3-Llter Rundkolben wurden 1,84kg L-Laktid, 0,46kg razemisches D,L-Laktid und 2,3ml Zinn(ll)octat-Lösung analog Beispiel 1 gegeben. Die Mischung wurde mit Argon 3 Stunden gespült, dann isothermisch in einem 1250C ölbad erwärmt. Die Mischung schmilzt, wurde gründlich durch Wirbeln gemischt und bildet ein homogenes, transparentes farbloses Medium, dessen Viskosität wesentlich nach mehreren Stunden zunimmt. Nach 64 Stunden wurde der Kolben aus dem Heizbad entnommen, gekühlt und das Glas aus dem klaren, transparenten, festen Produkt entfernt. Die gummiartige Zusammensetzung wurden In Scheiben geschnitten und auf Vs Zoll oder kleiner In einer Mühle mit Trockenreis gemahlen. Das Mahlgut wurde in einem Ofen mit Luftumwälzung bei 100°F mehrere Stunden getrocknet, dann über Nacht bei Umgebungstemperatur vakuumgetrocknet. Es wurden formgepreßte Folien wie in Beispiel 1 hergestellt und auf ihre Festigkeitseigenschaften und ihren Masseverlust mittels TGA geprüft, wie in Tabelle 1 dargestellt.1.84 kg of L-lactide, 0.46 kg of racemic D, L-lactide and 2.3 ml of tin (II) octate solution were added analogously to Example 1 to a 3-liter round bottom flask. The mixture was purged 3 hours, then heated isothermally in a 125 0 C oil bath with argon. The mixture melts, has been thoroughly mixed by vortexing to form a homogeneous, transparent, colorless medium whose viscosity substantially increases after several hours. After 64 hours, the flask was removed from the heating bath, cooled and the glass removed from the clear, transparent, solid product. The gummy composition was sliced and ground to Vs inch or smaller in a mill with dry rice. The millbase was dried in an air circulation oven at 100 ° F for several hours, then vacuum dried overnight at ambient temperature. Molded films were made as in Example 1 and tested for strength properties and mass loss by TGA as shown in Table 1.
In einen 250.ml-Rundkolben wurden 79,98g Laktid, 20,04g razemisches D,L-Lakt!d und 0,20ml Zinn(ll)octat-Lösung analog Beispiel 1 gegeben. Der Kolben wurde mittels Stickstoff über Ein- und Auslässe gesäubert und in einem 125-*C-Ölbad erwärmt. Die Mischung schmolz zu einem farblosen und flüssigen Medium, das durch Wirbeln des Kolbens gründlich gemischt wurde. Nach 2 Stunden wurde die Ölbadtemperatur auf 1470C erhöht, und nach einer Gesamterwärmungszeit von 14 Stunden durch die Temperatur auf 1310C erniedrigt. Die Gesamterwärmungszeit betrug 48 Stunden. Das Produkt ist transparent, farblos und glasartig. Es wurde analog den vorhergehenden Beispielen geprüft, die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Beispiele 1 bis 3 kennzeichnen die Auswirkung der Reaktionstemperatur auf die Eigenschaften der Polymere, wie sie sich durch die entstehende Zusammensetzung ergeben.79.98 g of lactide, 20.04 g of racemic D, L-lactate and 0.20 ml of tin (II) octane solution were added analogously to Example 1 to a 250.ml round bottom flask. The flask was purged of nitrogen via inlets and outlets and heated in a 125 ° C oil bath. The mixture melted to a colorless and liquid medium which was thoroughly mixed by vortexing the flask. After 2 hours, the oil bath temperature was raised to 147 0 C, and after a total heating time of 14 hours by the temperature to 131 0 C lowered. The total heating time was 48 hours. The product is transparent, colorless and glassy. It was tested analogously to the preceding examples, the results are summarized in Table 1. Examples 1 to 3 indicate the effect of the reaction temperature on the properties of the polymers as they result from the resulting composition.
Folien aus den Copolymeren der Beispiele 1 und 3 wurden mehrere Monate in Wasser getaucht. Nach drei Wochen wurde das Copolymer des Beispiels 1 trübe, während das des Beispiels 3 annähernd 2 Monate klar blieb. Nach 3 Monaten wurde die Folie des Beispiels 3 bemerkenswert trübe, und die Folie des Beispiels 1 ist weiß und undurchsichtig. Das Wasser, das mit der Folie des Beispiels 1 in Berührung kam, schmeckte sauer, während das von Beispiel 3 geschmacklos ist. Eine Durchsicht der Werte der Tabelle 1 macht deutlich, daß das Copolymere aus Beispiel 1 ein in der Umwelt biologisch abbaubarer Ersatz für Polyethylen ist. Die Fachleute erkennen, daß die physikalischen Eigenschaften des Copolymers eine ausgezeichnete Kombination sind, die für viele Verpackungszwecke einsetzbar Ist. Seine Zugfestigkeit und der Anfangsmodul weisen einen günstigen Vergleich mit Polyethylenzusammensetzungen auf, tile beispielsweise für Plastikabfallsäcke, allgemeine Folienumhüllung, Plaste-Einkaufsbeutel, Schichtverpackungsmaterial, Sechserpackbügel (AdU.: Offene Beutel für 6 Flaschen) verwendet werden. Die Form der Spannungs-Dehnungskurven ist nahezu für das Copolymer und für eine Polyethylenzueammensetzung niedriger Dichte gleich, die allgemein für Zusammensetzungen für Abfallsäcke eingesetzt wird. Ein Vergleich der Eigenschaften ist in Tabelle 2 zusammengestellt.Films of the copolymers of Examples 1 and 3 were immersed in water for several months. After three weeks, the copolymer of Example 1 became cloudy while that of Example 3 remained clear for approximately 2 months. After 3 months, the film of Example 3 became remarkably cloudy, and the film of Example 1 is white and opaque. The water which came in contact with the film of Example 1 tasted sour, while that of Example 3 tasted tasteless. A review of the values of Table 1 makes it clear that the copolymer of Example 1 is an environmentally biodegradable substitute for polyethylene. Those skilled in the art will recognize that the physical properties of the copolymer are an excellent combination that can be used for many packaging purposes. Its tensile strength and initial modulus compare favorably with polyethylene compositions used for, for example, plastic garbage bags, general film wrapping, plastic shopping bags, layered packaging material, six-pack opener bags (AdU .: Open Bags). The shape of the stress-strain curves is nearly the same for the copolymer and for a low density polyethylene composition commonly used for garbage bag compositions. A comparison of the properties is summarized in Table 2.
(a) Polyethylen mit linearer niedriger Dichte, 5-1OmII 2Zoll/min, unsere Experimente.(a) Linear low density polyethylene, 5-1 ohm II 2 inches / min, our experiments.
(b) Polyethylen mit niedriger linearer Dichte, Werte aus Computerdatenbank.(b) low linear density polyethylene, computer database values.
(c) Copolymer aus L-Laktld/razemlschen D.L-Lektld, Beispiel 1. %(c) L-lactate / racemic copolymer D.L-Lectl, Example 1.%
(d) Formbeständigkeit In der Wfirme.(d) Dimensional stability in towers.
Die Laktid-Polymerisatlon kann bei einer unvollständigen Umsetzung der Monomeren zu Polymeren auf kontrollierbare Art unterbrochen werden. Das wird in den Beispielen 1 und 2 veranschaulicht. Das Laktldmonomere verbindet sich sehr innig mit den Laktidmonomeren. Alternativ kann man die Zusammensetzung durch Mischen des Laktids mit den vorher hergestellten Polymeren erhalten. In d.esern Fall kann das zugesetzte Laktid hinsichtlich der Stereochemfe das gleiche oder unterschiedlich sein, das heißt L-, D- oder D,L·Laktid zu dem, das zur Herstellung des Polymeren verwendet wird.The lactide polymerization can be interrupted in an incomplete reaction of the monomers to polymers in a controllable manner. This is illustrated in Examples 1 and 2. The Lactldmonomere connects very intimately with the Laktidmonomeren. Alternatively, the composition may be obtained by mixing the lactide with the previously prepared polymers. In this case, the added lactide may be the same or different in stereochemistry, that is, L, D or D, L, lactide to that used to make the polymer.
Die Mischungsherstelung kann auch durch Mischen des geschmolzenen Polymers in einer konventionellen Prozeßanlage, z.B. einem Walzwerk oder einem Doppelschneckenextruder erfolgen. Die normalerweise steifen, glasartigen Laktidpolymere werden durch das Laktid flexibel und bleiben transparent, farblos und bei weltom nahezu geruchlos. Das Laktid ist nicht sehr flüchtig, erfordert eine Erwärmung sowie eine Stickstoffsäuberung, meistens bei 170-2000C, 20-60 min, um das Laktid in einer gravimetrischen Analyse zu entfernen. Das Laktid ist auch in Folien unter einem Lichtmikroskop nicht sichtbar. Das Laktid ist in submikroskopisch kleinen Beziehen vorhanden. Dieses Flexibelmachen der Poly-Milchsäure ermöglicht die Verwendung als ein in der Umwelt als ein in der Umwelt biologisch ahbaubarer Ersatz für Wegwerf-Verpackungsfolien aus Polyolefin.Blending can also be accomplished by blending the molten polymer in a conventional process equipment, such as a mill or a twin-screw extruder. The normally stiff, glassy lactide polymers are flexible due to the lactide and remain transparent, colorless and virtually odorless in the world. The lactide is not very volatile, requires heating and a nitrogen purge, usually at 170 to 200 0 C, 20-60 minutes to remove the lactide in a gravimetric analysis. The lactide is also not visible in films under a light microscope. The lactide is present in submicroscopic terms. This flexibilization of poly-lactic acid allows it to be used as an environmental biodegradable substitute in the environment for disposable polyolefin disposable packaging films.
Beispiele 5-16Examples 5-16
Es wurden eine Reihe von Versuchen durchgeführt, bei denen Copolymere von L- und razemischen D,L-Laktid hergestellt, mit unterschiedlichen Mengen Laktidschmelzgemisch und die physikalischen Eigenschaften der Mischung als Funktion der Laktidzusammensetzung bestimmt wurden. Der Monomerlaktidgehalt wurde durch eine vorher entwickelte isothermische, thermogravimetrischo Analyse (TGA) geprüft. Der Laktidgehalt wurde vor und nach dem Mischen und Herstellung zu Folien bestimmt.A series of experiments were conducted in which copolymers of L- and racemic D, L-lactide were prepared, determined with different amounts of lactide melt blend, and the physical properties of the blend as a function of the lactide composition. The monomer lactide content was tested by a previously developed isothermal, thermogravimetric analysis (TGA). The lactide content was determined before and after mixing and preparation into films.
Man hat festgestellt, daß ein offenes Walzen mit zwei Walzen dazu führt, daß das Laktid bei Temperaturen, die für Laktidcopolymere mit sehr hohen relativen Molekülmassen erforderlich sind, flüchtig wird. Diese Verluste können minimiert werden rlurch Herstellung von Masterbatcl.es oder durch Einsatz von Laktidcopolymeren mit niedriger relativer Molekülmasse (und deren damit zusammenhängenden niedrigeren Mischungstemperaturen). Ein besseres Mischungsherstellungs- und Mischverfahren war ein konventionu.ier Doppelschneckenextruder, mit dem die Flüchtigkeitsverluste minimiert wurden. Einige Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Mischungen aus Polyaktid und Laktidweichmacher sind sehr biegsam und werden zunehmend so mit steigendem Laktidgehalt. Sie sind farblos und transparent. Es ist nur ein sehr schwacher (angenehmer) Geruch nach Laktid spürbar, und man kann keinen wahrnehmbaren Geschmack nach Laktid feststellen. Die plastifizieren Folienproben in Tabelle 3 waren weiter reißfest, leicht faltbar und konnten ohne Zerstörung oder Zerreißen durchstochen werden. Sie wurden etwas steif, wenn man sie in einen Kühler brachte (50C, 400F), blieben j adoch flexibel und faltbar, ohne zu brechen. Diese Folien, die in der Hand bemerkenswert weich sind, weisen eine Glasumwaridlungstemperatur unter 370C auf. Liegt der Laktidgehalt unter 20%, haben die Folien ein für Olefinfolie typisches rassöindes Geräusch. Bei höheren Laktidgehalten besitzen die Folien einen dehnbaren und _ /varmen" Griff von PVC.It has been found that open rolling with two rollers results in the lactide becoming volatile at temperatures required for very high molecular weight lactide copolymers. These losses can be minimized by preparing masterbatches or by using low molecular weight lactide copolymers (and their associated lower blending temperatures). A better blend preparation and blending process was a conventional twin screw extruder that minimized volatility losses. Some results are shown in Table 3. The blends of polyactide and lactide plasticizer are very flexible and increasingly so with increasing lactide content. They are colorless and transparent. There is only a very faint (pleasant) smell of lactide, and you can not detect a noticeable taste of lactide. The plasticized film samples in Table 3 were further tear resistant, easily foldable, and could be punctured without destruction or tearing. They got a bit stiff when put in a cooler (5 0 C, 40 0 F), but remained flexible and foldable without breaking. These films, which are remarkably soft in hand, have a Glasumwaridlungstemperatur to below 37 0C. If the lactide content is less than 20%, the films have a racemic noise typical of olefin film. At higher lactide contents, the films have a stretchable and soft handle of PVC.
Wiu in Tabelle 3 dargestellt, können die Elantizitätsmoduli (Anfangs-Tangentenmoduli) sehr hoch sein, wie bei einem Polyethylen mit niedriger linearer Dichte (LLDPE). Das deutet auf eine potentielle Formstabilität hin. Niedrigere Moduli und Zugfestigkeiten sind genauso wie bei Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE). Wie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt, wurden die physikalischen Eigenschaften als Funktion des Laktids (des Laktidgehalts) diagrammatisch aufgetragen. Betrachtet man Tabelle 3, so sind bei einem Laktidgehalt von etwa 17 bis 20% die Festigkeitseigenschaften die gleichen wie für zu Abfall- und Einkaufsbeuteln verwendete Polyethylene.As shown in Table 3, the modulus of elanticity (initial tangent moduli) can be very high, as with a low linear density polyethylene (LLDPE). This indicates a potential dimensional stability. Lower moduli and tensile strengths are the same as with low density polyethylene (LDPE). As shown in Figures 1 and 2, physical properties were plotted diagrammatically as a function of lactide (s). Looking at Table 3, at a lactide content of about 17 to 20%, the strength properties are the same as for polyethylenes used for waste and shopping bags.
Bei niedrigeren Laktidgehalten stimmen die Mischungen mit Polypropylen überein. Fiinige Daten kann man in Tabelle 3 vergleichen. In Tabelle 4 werden die in den Vergleichen verwendeten konventionellen Plaste definiert.At lower lactide contents, the blends are consistent with polypropylene. Fines data can be compared in Table 3. Table 4 defines the conventional plastics used in the comparisons.
(a) ASTM 882; alle Proben waren formgepreßte 6-1OmII Folien, ausgenommen Beispiele 13 und 14; Dehnungsgeschwindigkeit für alle 1,0 Zoll/Zoll Minuten D1L-LaMId Ist racemisch.(a) ASTM 882; all samples were compression molded 6-1OmII films, except Examples 13 and 14; Strain rate for every 1.0 inch / inch minutes D 1 L-LaMId is racemic.
(b) USI Polyethylen mit niedriger Dichte (Petrothen Nr.213).(b) USI low density polyethylene (Petrothen No.213).
(c) Lineares Polyethylen (LLPE 6202.57) mit niedriger Dichte von Exxon.(c) Linear low density polyethylene (LLPE 6202.57) from Exxon.
(d) Maschinenrichtung.(d) machine direction.
(β) Quer zur Maschinenrichtung.(β) Transverse to the machine direction.
(f) PoIv ethylen mit hoher Dichte von Phillips (HMN 6060).(f) high density polyethylene from Phillips (HMN 6060).
ig) Polypropylen von Chlsso (XF 1932, Schmelzindex 0,52).ig) polypropylene from Chlsso (XF 1932, melt index 0.52).
In Tabelle 3 werden einige Werte für Laktid- und Poiyiaktidmischungen dargelegt. Die Ergebnisse differieren nicht wesentlich von ähnlichen Zusammensetzungen der Beispiele 1 und 2, die auf andere Weise hergestellt wurden. Allerdings erkennen Fachleute, daß die präzisen physikalischen Eigenschaften etwa variieren in Abhängigkeit wie innig die Mischung ist, von den Prüf bedingungen der Festigkeit und der Fabrikationstechnik für die Herstellung der Folien. Aus Vergleichen aus Tabelle 3 wird ersichtlich, daß die Laktid-Polymermischungen einen breiten Bereich regelbarer Zusammensetzungen haben, die vielen konventionellen, nichtabbaubaron Plastenarten ähneln.Table 3 presents some values for lactide and polyactide mixtures. The results do not differ significantly from similar compositions of Examples 1 and 2 prepared in other ways. However, those skilled in the art will appreciate that the precise physical properties vary depending on how intimately the mixture is, the test conditions of strength, and the fabrication technique for making the films. It can be seen from comparisons in Table 3 that the lactide polymer blends have a wide range of controllable compositions similar to many conventional non-degradable types of plastics.
Es wurde eine oligomerlsche Poly-Mllchsäure (OPLA) zur Mischung mit Polylaktiden wie folgt hergestellt. Eine 88%lge Lösung aus L-Milchsäure (956g! wurde In einen Dreihalskolben (1 Liter) gegeben, der mit einem mechanischen Rührer und einem Gefaßthermometer ausgestattet war. Die Reaktionsmischung wurde unter Stickstoffspülung bei 150-190°C bei 200mm Hg, 1 Stunde konzentriert, bis das theoretische Verdünnungswasser entfernt war. Es wurde kein Katalysator verwendet, ausgenommen für Milchsäure und ihre Oligomere. Diese Temperatur und das Vakuum wurde beibehalten und die Destillation zwei Stunden lang fortgesetzt, bis 73% des theoretischen Dehydrationswassers entfernt waren.An oligomeric poly-lactic acid (OPLA) was prepared for blending with polylactides as follows. An 88% solution of L-lactic acid (956g!) Was placed in a three-necked flask (1 liter) equipped with a mechanical stirrer and a vessel thermometer and the reaction mixture was purged with nitrogen at 150-190 ° C at 200 mm Hg, 1 hour No catalyst was used except for lactic acid and its oligomers This temperature and vacuum was maintained and distillation continued for two hours until 73% of the theoretical dehydration water was removed.
Die gesamte erforderliche Zeit betrug 3 Stunden. Nach dieser Zeit wurde die Reaktion unterbrochen. Die Wasserproben und das Gefäßoligomere wurden mit 0,5 η NaOH titriert, im Wasserdestillat wurde etwas Milchsäure 26,2g festgestellt. Das Gefäßoligomere (OPLA) wurde mit überschüssigem 0,5η NaOH zurückgeführt, dann mit Normal-H2SO4 zurücktitriert. Diese Werte sind in Tabelle 5 aufgeführt. Das OPLA fließt gut, wenn es warm ist und zeigt im kalten Zustand eine geringe Fließfähigkeit. Ec hat einen Polymeriiationsgrad von 3,4. Es wurde in Beispiel 20 eingesetzt, wo es mit dem Polymer von Beispiel 19 schmelzgemischt wui de.The total time required was 3 hours. After this time the reaction was interrupted. The water samples and the vessel oligomer were titrated with 0.5 η NaOH, in the distillate of water some lactic acid 26.2g was detected. The vascular oligomer (OPLA) was returned to excess 0.5 N NaOH, then back-titrated with normal H 2 SO 4 . These values are listed in Table 5. The OPLA flows well when it is warm and shows low flow when cold. Ec has a degree of polymerization of 3.4. It was used in Example 20 where it was melt blended with the polymer of Example 19.
Das Verfahren nach Beispiel 17 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Destillation langsamer durchgeführt wurde. Nach einer 6stündigen Erwärmungszeit, während der die Temperatur langsam von 63 auf 1750C bei 200 mm Hg stieg, wurde eine Probe aus der Destillierblase titriert, und sie ergab eine theoretische Warserentfernung von 62,2%. Die Titration ergab einen Polymerisationsgrad von 4,3. Die relative Molekülmasse der OPLA erhöhte sich weiterhin über 2 Stunden durch Erwärmung bei 1790C und unter Verwendung einer Vakuumpumpe. Das OPLA war nicht länger in 0,1 η NaOH löslich, war v/asserhell und im kalten Zustand fließfähig. Dieses Material Ist ein zweites Beispiel zur Herstellung von OPLA mit einem etwas höheren Polymerisationsgrad, verglichen mit Beispiel 1. Es wurde mit Polylaktid in den Beispicilen 22 und 26 gemischt. Es wird eingeschätzt, daß der Polymerisationsgrad etwa 6-10 beträgt.The procedure of Example 17 was repeated except that the distillation was carried out more slowly. After a 6 hour heating time during which the temperature rose slowly from 63 to 175 ° C at 200 mm Hg, a sample from the still was titrated to give a theoretical warrior distance of 62.2%. The titration gave a degree of polymerization of 4.3. The molecular weight of the OPLA continued to increase for 2 hours by heating at 179 0 C and using a vacuum pump. The OPLA was no longer soluble in 0.1 N NaOH, was water-soluble and free-flowing when cold. This material is a second example of producing OPLA with a slightly higher degree of polymerization compared to Example 1. It was mixed with polylactide in Examples 22 and 26. It is estimated that the degree of polymerization is about 6-10.
Ein Polymerlaktld wurde mit gleichen Methoden wie in Beispiel 3 hergestellt. Ein 90/10 maeseprczentiges LVrazemisches D,L-Laktidcopolymer wurde schmelzpolymerisiert unter Verwendung von 0,02 Teilen pro Hundert wasserfreien ZinndDoctoat-Katalysator. In gleicher Weise wurde ein 100%iges L-Ltiktidhomopolymer (L-PLA) hergestellt. Das Copolymer wurde mit dem Homopolymer bei 35O0F in einem Doppelschneckenextruder bei einem Masseverhältnis von 90/10 Copolymer/Homopolymer schmelzgemischt. Eine Gel-Permeationschromatographie (GPC) der Mischung ergab eine durchschnittliche relative Molekülmasse (Basis Masse) (Mw) von 182000 und eine zahlenmäßige relative Molekülmasse (Mn) von 83000. Das Restlakticmonomer belief sich mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) auf 1,7 Ma.-%. Diese Mischung wurde mit der oligomerischen Poly-Milchsäure (OPLA) des Beispiels 17 gemischt, um Beispiel 20 herzustellen. Die Festigkeitseigenschasften sind in Tabelle 6 zusammengestellt.A polymer lactide was prepared by the same methods as in Example 3. A 90/10 medium LVracemic D, L-lactide copolymer was melt polymerized using 0.02 parts per hundred of anhydrous stannous octoate catalyst. In the same way, a 100% L-Ltiktidhomopolymer (L-PLA) was prepared. The copolymer was melt blended with the homopolymer at 35O 0 F in a twin screw extruder at a mass ratio of 90/10 copolymer / homopolymer. Gel permeation chromatography (GPC) of the mixture gave an average molecular weight (M w ) of 182,000 and a number average molecular weight (M n ) of 83,000. The residual lactic monomer was 1.7 by thermogravimetric analysis (TGA) wt .-%. This mixture was mixed with the oligomeric poly-lactic acid (OPLA) of Example 17 to prepare Example 20. The strength grades are summarized in Table 6.
Das Polymer1 des Beispiels 19 wurde mit der OPLA des Beispiels 17 in einem offenen 2-Walzenwerk 20 Minuten bei 3250F schmelzgemischt. Das Gemisch wurde zu Folien formgepreßt und wie in Tabelle 6 dargestellt, geprüft. Die relativen Molekülmassen von GPC waren glatte Monomodalvcrteilungen (Mw/Mn) = 2,6 mit Mw = 192000 und Mn = 73000.The polymer 1 of Example 19 was melt blended with the OPLA of Example 17 in an open 2-roll mill for 20 minutes at 325 0 F. The mixture was compression molded into films and tested as shown in Table 6. The molecular weights of GPC were smooth monomodal distributions (M w / M n ) = 2.6 with M w = 192000 and M n = 73000.
(a) ASTM 882; 5-10milformgepreßte Folien, Dehnungsgeschwindigkelt 1,0 Zoll/Zoll/min.(a) ASTM 882; 5-10 mildly shaped films, strain rate 1.0 inch / inch / min.
jb) Glasumwandlungstemperatur mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie.jb) Glass transition temperature by differential scanning calorimetry.
(c) Eine Mischung von 90% aus einem 90/10 L-/D, L-laktid'-Copolymer mit 10% PoIy(L-LaMId), Beispiel 19.(c) A 90% blend of a 90/10 L / D, L-lactide copolymer with 10% poly (L-LaMId), Example 19.
jd) Oligomer PLA aus Beispiel 17.jd) Oligomer PLA from Example 17.
(e) Eine Mischung von 80% aus einem 90/10 L-/D,L-Laktid*-Copolymer mit 20% Poly(L-Laktid).(e) A blend of 80% of a 90/10 L / D, L-lactide * copolymer with 20% poly (L-lactide).
(0 Oligomer PLA aus Beispiel 18.(0 Oligomer PLA from Example 18.
* razemisch* racemic
Beispiele 21-25Examples 21-25
Das Copolymer von Beispiel 19 wurde mit 20% L-PLA gemäß Beschreibung in Beispiel 19 schmelzgemischt. Die Mischung ist in Tabelle 6 als Beispiel 21 aufgeführt, In der die Analysen und Festigkeitseigenschaften enthalten sind. Beispiel 21 wurde wiederum mit verschiedenen Mengen OPLA des Beispiels 18 schmelzgemischt und diese wie vorher geprüft und in Tabelle 6 als Beispiele 22-26 angeführt. In Tabelle 7 sind die QPC relativen Molekülmassen dieser Zusammensetzungen enthalten. Die Zugfestigkeiten und Moduli werden mit den Ma.-% der OPLA In den Abbildungen 3 und 4 verglichen (untere Kurven).The copolymer of Example 19 was melt blended with 20% L-PLA as described in Example 19. The mixture is listed in Table 6 as Example 21, which contains the analyzes and strength properties. Example 21 was again melt blended with various amounts of OPLA of Example 18 and tested as before and reported in Table 6 as Examples 22-26. Table 7 contains the QPC molecular weights of these compositions. The tensile strengths and moduli are compared with the mass% of the OPLA in Figures 3 and 4 (lower curves).
Relative Molekularmasse und Glasumwandlungstemperaturen von 90/10 Polylaktiden und oligomerer Poly-MilchsäureRelative molecular mass and glass transition temperatures of 90/10 polylactides and oligomeric poly-lactic acid
Beispiel Zusammensetzung, Ma.-% Restmonomer"» GPC X ΙΟ"3""1 Example Composition, Ma .-% residual monomer "» GPC X ΙΟ " 3 "" 1
Nummer Copolymer Oligomer % Mn Mw Number Copolymer Oligomer% M n M w
M1 Mw Mn M 1 M w M n
Tg,'" CTg, '"C
(a) Rest-Monomer durch TGA(a) residual monomer by TGA
Ib) Molekularmasse mittels GPC. Ib) molecular mass by GPC.
(c) Glasumwandlungstemperatur mittels OSC.(c) Glass transition temperature using OSC.
(d) Eine Mischung von 90% aus 90/10 L-/D,L-Laktld-Copolymer mit 10% L-PIa.(d) A 90% blend of 90/10 L / D, L-lactal copolymer with 10% L-PIa.
(e) Beispiel 21.(e) Example 21.
(f) Beispiel 18.(f) Example 18.
(g) Nach Mischung; Schmelzmischung auf einem offenen Walzwerk, bei 3260F(g) after mixing; Melt mixture on an open mill, at 326 0 F.
All O.L-Laktld 1st racemisch. All O.L-lactal is racemic.
Beispiele 26-30Examples 26-30
Eine zweite Serie von Copolymeren wurde mit OPLA gemischt. Es wurde ein 92,5/7,5, L-/D, L-Laktidcopolymer mit gleichen Methoden wie in den Beispielen 19 und 21 hergestellt. Das ist Beispiel 26 in den Tabellen 8 und 9. Es wurde mit der OPLA von Beispiel 18 auf einem offenen 2-Walzenwerk bei 325°F ungefähr 20 Minuten schmelzgemischt. Die Mischungen wurden zu 3-5 mil dicken Folien formgepreßt, und es wurden ihre Festigkeitseigenschaften und die GPC relativen Molekülmassen bestimmt. Die Eigenschaften sind in den Tabellen 8 und 9 angegeben und in den Abbildungen 3 und 4 diagrammatisch dargestellt. Die zweite Mischungsserie ergab signifikant höhere Werte für die Festigkeitseigenschaften, obwohl die relativen Molekülmassen niedriger waren. Das kann auf das geringere Restlaktidmonomere und/oder die Veränderung der hochpolymeren Zusammensetzung zurückzuführen sein. Sämtliche OPLA Polylaktidmischungen konnten leicht zu nichtklebrigen, transparenten Folien hergestellt werden.A second series of copolymers was blended with OPLA. A 92.5 / 7.5, L / D, L-lactide copolymer was prepared by the same methods as in Examples 19 and 21. This is Example 26 in Tables 8 and 9. Melt was blended with the OPLA of Example 18 on an open 2-roll mill at 325 ° F for approximately 20 minutes. The blends were compression molded into 3-5 mil thick films and their strength properties and GPC molecular weights were determined. The properties are given in Tables 8 and 9 and shown diagrammatically in Figures 3 and 4. The second set of blends gave significantly higher strength properties, although the molecular weights were lower. This may be due to the lower residual lactide monomer and / or the change in the high polymer composition. All OPLA polylactide blends were easily made into non-tacky, transparent films.
Eigenschaften von Schmelzgemischen aus 92,5/7,5 Polylaktiden und oligomerer Poly-MilchsäureProperties of melt blends of 92.5 / 7.5 polylactides and oligomeric poly-lactic acid
Beispiel Zusammensetzung, Ma.-% Laktid, Elastizitäts- Bruch- Dehnung bei Tg'b> Example Composition, wt% lactide, elasticity-elongation-elongation at Tg 'b>
Nummer Polymer Oligomer %,TGA modul, lOOOpsi festigkeit psi Bruch, %Number Polymer Oligomer%, TGA modulus, lOOOpsi strength psi fraction,%
(C) (d) (a) (a) (a) C(C) (d) (a) (a) (a) C
(a) ASTM 882; 3-5mil formgepreßte Folien, Dehnungsgeschwindigkeit 1,0 Zoll/Zoll/Minute.(a) ASTM 882; 3-5mil compression molded films, elongation rate 1.0 inch / inch / minute.
(b) Glasumwandlungstemperatur mittels Differentialabtastungskalorlmetrle.(b) glass transition temperature using differential scanning calorimeter.
(c) 92,5/7,5, L-/D, L-Laktid-Copolymer.(c) 92.5 / 7.5, L / D, L-lactide copolymer.
(d) Beispiel 18.(d) Example 18.
Tabolle9:Tabolle9:
(a)GPC(A) GPC
Folieproben mit und ohne Weichmacher wurden In Daytona, Florida, von März bis Mai Meereswasser ausgesetzt. Der pH des Wassers schwankte von 7,3 bis 7.6 und der Salzgehalt von 33,2 bis 38,4 ppt. Das Wasser wurde bei der Prüfung allmählich von 15 auf 270C erwärmt. Die Prüfproben wurden in Stroifen geschnitten und die Festigkeit vor und nach periodischen Intervallen in Meereswasser geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 enthalten. Sämtliche Proben zeigten ein Weißwerden und einen physikalischen Abbau, die mit der Zeit zunahmen. Ohne Weichmacher zeigten die Proben ein Weißwerden und einen Abbau nach 6 Wochen in Meereswasser. Die OPLA-Polylaktidmlschung zersetzte sich schneller und zeigte einen eindeutigen Zersetzungsbeweis nach 3 Wochen. Der Einbau von 20% Laktid bewirkte sofort ein Weißwerden und einen eindeutigen Abbau nach einer Woche Exposition.Film samples with and without plasticizer were exposed to seawater from March to May in Daytona, Florida. The pH of the water varied from 7.3 to 7.6 and the salt content from 33.2 to 38.4 ppt. The water was gradually heated from 15 to 27 0 C during the test. The test samples were cut into streaks and the firmness tested before and after periodic intervals in seawater. The results are included in Table 10. All samples showed whitening and physical degradation, which increased over time. Without plasticizers, the samples showed whitening and degradation after 6 weeks in seawater. The OPLA polylactide digestion decomposed faster and showed definite proof of decomposition after 3 weeks. Incorporation of 20% lactide immediately caused whitening and clear degradation after one week of exposure.
(a) 0,5 χ 5-Zoll-Foliestrelfen, 12-17 mil; Dehnungegeschwindigkeit 1 Zoll/Zoll/Minute(a) 0.5 χ 5-inch folie, 12-17 mils; Elongation rate 1 inch / inch / minute
(b) 15-21 C, Meerwasser, regelmäßig gewechselt(b) 15-21 C, seawater, changed regularly
(c) 20-22 C, Meerwasser, regelmäßig gewechselt(c) 20-22 C, seawater, changed regularly
(d) 22-23 C, Meerwasser, regelmäßig gewechselt (β) 22-27 C, Meerwasser, regelmäßig gewechselt(d) 22-23 C, seawater, regularly changed (β) 22-27 C, seawater, changed regularly
Die obigen Proben liefern die Begründung, daß eine 100%ige Milchsäurezusammensetzung ein biegsames Thermoplast für den Einsatz als flexible Plastikcontainer ergeben kann. Als Vergleich ist nichtplastifiziertes Homopoly (L-Laktid) ein hochkristallines Polymer mit einer Zugfestigkeit von etwa 7000psi bei einer Dehnung von 1 % und einem Anfangsmodul von 500000 psi. Es ist sehr spröde, undurchsichtig und wird leicht rissig. Es ist kein gut geeignetes Thermoplast und ist auch nicht transparent. Poly (razumisches,D,L-Laktid) ist ein amorphes, glasartiges Polymer mit einer Glasumwandlungstemperatur von etwa 5O0C, einer Zugfestigkeit von ungefähr 6300psi, einer Dehnung von etwa 12% und einem Anfangsmodul von 160000 psil Obgleich transparent, ist es auch sehr spröde. Im starken Gegensatz dazu ist ein mit Laktidmonomer plastifiziertes Polymer aus L-Laktid/ razemischen D,L-Laktidcopolymer bemerkenswert verschieden. Beispielsweise können plastifizierte Polymere eine Zugfestigkeit von ungefähr 3900 psi, eine Dehnung von 431 % und einen Anfangsmodul von 56000 psi aufweisen. Das plastifizierte Polymer ist klar und farblos, und die Mischung muß auf über 1000C erwärmt werden, um den Weichmacher zu entfernen. Obwohl theoretisch eine mehr amorphe Struktur im Ergebnis der Plastifikation vorausgesagt wird, ist das Überraschende, daß biegsame, transparente, stabile Zusammensetzungen entstehen können und zweitens die nahezu perfekt für bestimmte Verpackungszwecke geeigneten Eigenschaften wie Polyethylen. Die Erfindung kommt zu einer Zeit, in der die Notwendigkeit für solche Ausgangseigenschaften eines Materials besteht, das langsam in der Umwelt biologisch abbaubar ist und somit die Verschmutzungsprobleme durch Plaste mindern kann.The above samples provide the justification that a 100% lactic acid composition can yield a flexible thermoplastic for use as flexible plastic containers. For comparison, unplasticized homopoly (L-lactide) is a highly crystalline polymer having a tensile strength of about 7000 psi at 1% elongation and an initial modulus of 500,000 psi. It is very brittle, opaque and easily cracked. It is not a well-suited thermoplastic and is not transparent either. Poly (razumisches, D, L-lactide) is an amorphous, glassy polymer having a glass transition temperature of about 5O 0 C, a tensile strength of about 6300psi, an elongation of about 12% and an initial modulus of 160,000 PSIL Although transparent, it is also very brittle. In stark contrast, a lactide monomer plasticized L-lactide / racemic D, L-lactide copolymer polymer is remarkably different. For example, plasticized polymers may have a tensile strength of about 3900 psi, an elongation of 431%, and an initial modulus of 56,000 psi. The plasticized polymer is clear and colorless, and the mixture must be heated above 100 ° C. to remove the plasticizer. Although theoretically a more amorphous structure is predicted as a result of plasticization, the surprising thing is that flexible, transparent, stable compositions can be formed, and secondly, the properties that are almost perfectly suited for certain packaging purposes, such as polyethylene. The invention comes at a time when there is a need for such initial characteristics of a material that is slow biodegradable in the environment and thus can reduce the pollution problems of plastics.
Fachleuten ist es klar, daß extrem innige Mischungen aus Hochpolymeren und Weichmachern eine Rarität sind. Weichmacher ermöglichen eine wesentliche Breite der physikalischen Ausgangseigenschaften und der Zeit fürden biologischen Abbau in der Umwelt.It is clear to those skilled in the art that extremely intimate blends of high polymers and plasticizers are a rarity. Plasticizers provide a substantial breadth of initial physical properties and time for biodegradation in the environment.
Die Menge an Weichmacher im Polymeren hängt von den gewünschten Eigenschaften der Zusammensetzung ab. Wird Laktid als Weichmacher verwendet, liegt der bevorzugte Bereich bei 5 bis 40Ma.-%, wenn dem gegenüber nur Oligomeres von Laktid oder Milchsäure verwendet wird, kann der Bereich 2 bis 60Ma.-% betragen. Überraschenderweise kann man Oligomeres bis zu 30 Ma.-% zusetzen, ohne die Zugfestigkeit oder den Modul wesentlich zu beeinflussen. Siehe Abbildungen 3 und 4. Die Zugabe von 30 bis 60 Ma.-% Oligomere erzeugt eine signifikante Plastifikation und Verminderung der physikalischen Eigenschaften. Das verleiht der Zusammensetzung eine höhere Ökonomie, da oligomorische Milchsäure billiger als hochpolymere Milchsäure ist. Oligomeres kann man aus Milchsäure oder jedem Laktid herstellen. Es ist wichtig zu wissen, daß das Oligomere der Milchsäure normalerweise signifikante Mengen Milchsäure enthält, sofern man sie nicht entfernt. Das ist ein wichtiger Aspekt zur maßgerechten Herstellung von Zusammensetzungen mit spezifischen Eigenschaften. Die Fachleute, die auch die Hinweise dieser Erfindung kennen, sind in der Lage, die Reaktionsbedingunfjen zur Erzielung geeigneter Kettenlängen für das Polymere und die Proportionen von Polymeren und Weichmachern so zu wählen, um verarbeitete Zusammensetzungen mit physikalischen Eigenschaften zu erhalten, die den üblicherweise verwendeten Verpackungsthermoplasten entsprechen und sichThe amount of plasticizer in the polymer depends on the desired properties of the composition. When lactide is used as a plasticizer, the preferred range is 5 to 40 mass%, whereas when only oligomer of lactide or lactic acid is used, the range may be 2 to 60 mass%. Surprisingly, it is possible to add oligomer up to 30% by weight without significantly affecting the tensile strength or the modulus. See Figures 3 and 4. The addition of 30 to 60 wt% oligomers produces significant plasticization and reduction in physical properties. This gives the composition a higher economy because oligomoric lactic acid is cheaper than high polymer lactic acid. Oligomeres can be made from lactic acid or any lactide. It is important to know that the oligomer of lactic acid normally contains significant amounts of lactic acid unless it is removed. This is an important aspect for the tailor-made production of compositions with specific properties. Those skilled in the art, also familiar with the teachings of this invention, are able to choose the reaction conditions to achieve appropriate chain lengths for the polymer and the proportions of polymers and plasticizers so as to obtain processed compositions having physical properties which are the commonly used packaging thermoplastics correspond and yourself
dazu noch vergleichsweise schnell zersetzen. Beispielsweise ergeben höhere Anteile Weichmacher Polymere mit erhöhter Flexibilität und erhöhten physikalischen Zähigkeitseigenschaften, allerdings erhält man auch eine erhöhte Abbaugeschwindigkeit. Weiterhin erfordern kürzere Kettcnlängen für das Polymere weniger Weichmacher, um die gleichen Eigenschaften wie bei größeren Kettenlängen zu erzielen.to decompose comparatively quickly. For example, higher levels of plasticizer give polymers with increased flexibility and increased physical toughness properties, however, an increased rate of degradation is also obtained. Furthermore, shorter chain lengths for the polymer require less plasticizer to achieve the same properties as larger chain lengths.
Außerdem wird mit der ersten Ausführungsart der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer in der Umwelt biologisch abbaubaren Zusammensetzung vorgeschlagen, die ein plastifiziertes Polymer der Milchsäure mit der Formel (I) darstellt. Das Verfahren besteht aus der Herstellung eines oder mehrerer Laktidmonomere und Katalysator; Polymerisieren des Monomeren zur Erzeugung eines Polymers bei einer ausreichend niedrigen Temperatur, so daß man die Polymerisationsreaktion vor * Beendigung der Polymerisation unterbrechen kann; Kontrolle des Monomerenanteils zur Bestimmung des verbleibenden Monomers und Unterbrechung der Reaktion vor der vollständigen Polymerisation bei einem bestimmten Monomergehalt, so daß nichteingesetztes Monomeres einer vorausbestimmten Menge gemeinsam mit dem Polymer enthalten ist. Die Laktidmonomere des Verfahrens werden aus einer Gruppe bestehend aus D-Laktid, L-Laktid, Meso-D,L-Laktid, razemischen D,L-Lakiid und deren Mischungen ausgewählt.Further, in the first embodiment of the invention, there is proposed a process for producing an environmentally biodegradable composition which is a plasticized polymer of lactic acid represented by the formula (I). The process consists of preparing one or more lactide monomers and catalyst; Polymerizing the monomer to produce a polymer at a sufficiently low temperature so as to interrupt the polymerization reaction prior to completion of the polymerization; Control of the monomer content to determine the remaining monomer and stop the reaction before complete polymerization at a certain monomer content, so that unused monomer of a predetermined amount is included together with the polymer. The lactide monomers of the method are selected from a group consisting of D-lactide, L-lactide, meso-D, L-lactide, racemic D, L-laxide and mixtures thereof.
Wahlweise kann man zusätzlichen Weichmacher in das Polymer einbauen, wobei der Weichmacher ferner aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus L-Laktid, D-Laktid, razemischen D,L-Laktid, Meso-D,L-Laktid, Milchsäure, Oligomeren der Milchsäure, Oligomeren des Laktids und deren Mischungen besteht. Vorzugsweise erfolgt die Polymerisation der Monomeren bei einer Temperatur unter 1294C. Weiterhin erfolgt die Verarbeitung des plastifizierten Polymers zu einem Endprodukt vorzugsweise bei einer genügend niedrigen Temperatur, um den Weichmacher in dem Polymer beizuhalteq. Diese Temperatur kann über 1290C liegen. Werden zusätzliche Monomere und/oder Oligomere zugesetzt, ist die Beibehaltung des Monomeren natürlich nicht so kritisch.Optionally, additional plasticizer may be incorporated into the polymer, wherein the plasticizer is further selected from the group consisting of L-lactide, D-lactide, racemic D, L-lactide, meso-D, L-lactide, lactic acid, oligomers of lactic acid , Oligomers of the lactide and mixtures thereof. Preferably, the polymerization of the monomers occurs at a temperature below 129 ° C. Further, the processing of the plasticized polymer into a final product is preferably at a low enough temperature to maintain the plasticizer in the polymer. This temperature can be above 129 0 C. Of course, if additional monomers and / or oligomers are added, the retention of the monomer is not so critical.
Ferner wird mit der ersten Ausführungsart der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Polymers der Formel (I) vorgeschlagen, das die Erzeugung eines oder mehrerer Laktidmonomere und Katalysator; die Polymerisierung des Monomers zur Gewinnung eines Polymers und den Einbau von Weichmachern In einer gesonderten Stufe in das Polymere beinhaltet, wobei der Weichmacher aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus D-Laktid, L-Laktid, D.L-Laktid, Oligomeren der Milchsäure und deren Mischungen besteht.Furthermore, the first embodiment of the invention proposes a process for the preparation of a polymer of formula (I) which comprises the production of one or more lactide monomers and catalyst; polymerizing the monomer to obtain a polymer and incorporating plasticizers into the polymer in a separate step, wherein the plasticizer is selected from the group consisting of D-lactide, L-lactide, DL-lactide, oligomers of lactic acid, and the like Mixtures exists.
Die Zusammensetzungen der Erfindung haben eine Zugfestigkeit von 300 bis 20000 psi, eine Bruchdehnung von 50 bis 1000% und einenTangentenmodul von 20000 bis 250000 psi. Vorzugsweise als Ersatz eines Polyolefins haben die Zusammensetzungen eine Zugfestigkeit von mindestens 3000psi, eino Bruchdehnung von mindestens 250% und einen Tangentenmodul von mindestens 5OOÜOpsi.The compositions of the invention have a tensile strength of 300 to 20,000 psi, a breaking elongation of 50 to 1,000% and a tangent modulus of 20,000 to 250,000 psi. Preferably, to replace a polyolefin, the compositions have a tensile strength of at least 3000psi, an elongation at break of at least 250%, and a tangent modulus of at least 50000 psi.
Die Homopolymere und Copolymere der vorliegenden Erfindung sind wasserunlöslich, aber bei ständigem Kontakt mit Wasser langsam abbaubar. Im Vergleich zu Olefinzusammensetzungen, die durch diese Erfindung ersetzt werden, verläuft der Abbau allerdings schnell. Demzufolge sind aus den Polymeren hergestellte Wegwerfartikel umweltseitig insofern attraktiv, daß sie sich langsam zu unschädlichen Substanzen zersetzen. Werden Gegenstände aus erfindungsgemäßen Polymeren verbrannt, so brennen sie mit einer sauberen, blauen Flamme.The homopolymers and copolymers of the present invention are water-insoluble but slowly degradable upon continuous contact with water. Compared to olefin compositions which are replaced by this invention, however, degradation proceeds rapidly. As a result, disposable articles made of the polymers are environmentally attractive in that they slowly degrade to harmless substances. If articles of polymers according to the invention are burned, they burn with a clean, blue flame.
Weiterhin wird mit der ersten Ausführungsart der Erfindung ein Verfahren zum Ersatz einer thermoplastischen Zusammensetzung durch die biologisch abbaubare Zusammensetzung der Erfindung vorgeschlagen, wobei die thermoplastische Zusammensetzung erste orientierbare Polymereinheiten enthält durch Austausch der ersten Polymereinheiten mit einem zweiten orientierbaren Polymer mit einer unorientierteri Zugfestigkeit von 300 bis 20000psi, einer Bruchdehnung von 50 bis 1000% und einem Tangentenmodul von 20000 bis 250000psi, wobei das zweite Polymer aus PoIy-Milchsäuraeinheiten der Struktur der Formel I besteht, worin η die Anzahl sich wiederholender Struktureinheiten und η eine ganze Zahl von 150 £ η <> 20000 ist und mit eir.e:n Weichmacher plastifiziert wird, ausgewählt aus mit einer Gruppe, die aus Laktiden, Oligomeren der Milchsäure, Oligo>neren von Laktid und deren Mischungen besteht. Das Verfahren ist für Polyolefinzusammensetzungen und insbesondere Polyethylen und Polypropylen sowie Polyvinylchloriden und Polyethylenterephthalat anwendbar. In Ergänzung zu obiger Zusammenstellung ist das Verfahren für den Ersatz von Polymeren von Styren, Vinylacetat, Alkylmethacrylai, Alkylacrylat einsetzbar. Es versteht sich, daß Copolymere, hergestellt aus Mischungen von Monomeren der angegebenen Gruppe und physikalische Gemische von Polymeren und Copolymeren der obigen Gruppe in ähnlicher Weins einsetzbar sind.Further, the first embodiment of the invention proposes a method for replacing a thermoplastic composition with the biodegradable composition of the invention, wherein the thermoplastic composition contains first orientable polymer units by replacing the first polymer units with a second orientable polymer having an unoriented tensile strength of 300 to 20000 psi , an elongation at break of 50 to 1000% and a tangent modulus of 20,000 to 250000 psi, the second polymer consisting of poly-lactic acid units of the structure of formula I, where η is the number of repeating structural units and η is an integer of 150 η η <> 20,000 and is plasticized with a plasticizer selected from a group consisting of lactides, oligomers of lactic acid, oligosides of lactide and mixtures thereof. The process is applicable to polyolefin compositions and in particular polyethylene and polypropylene as well as polyvinyl chlorides and polyethylene terephthalate. In addition to the above compilation, the process can be used for the replacement of polymers of styrene, vinyl acetate, alkyl methacrylate, alkyl acrylate. It is understood that copolymers prepared from mixtures of monomers of the specified group and physical mixtures of polymers and copolymers of the above group can be used in similar wines.
Die hier als zweite Ausführungsart dargelegten in der Umwelt biologisch abbaubaren Zusammensetzungen sind zu umweltseitig akzeptablen und compatiblen Materialien abbaubar. Das Abbauzwischenprodukt: Milchsäure ist eine weit verbreitete, natürlich vorkommende Substanz, die von sehr vielen Organismen metabolisiert werden kann. Ihre natürlichen Endabbauprodukte sind Kohlendioxid und Wasser. Vorgesehene Äquivalente dieser Zusammensetzungen wie solche, die geringere Anteile anderer Materialien, Füllstoff oder Streckmittel enthalten, können ebenso vollständig in der Umwelt durch geeignete Wahl der Materialien abbaubar bleiben. Die hierangeführten Zusammensetzungen liefern umweltseitig ckzeptabie Substanzen, da ihre physikalische Zerstörung und Zersetzung viel schneller und vollständiger ist als bei den konventionellen, nichtabbaubaren Plasten, die sie ersetzen. Da ferner die gesamte oder ein großer Teil der Zusammensetzung Poly-Milchsäure und/oder von der Milchsäure abgeleitetes Laktid oder Oligomer ist, wird kein Rückstand oder nur ein kleiner Teil eines sich langsamer abbauenden Restes übrigbleiben. Dieser Rest hat eine größere Oberfläche als das Masseprodukt und eine zu erwartende schnellere Abbaugeschwindigkeit.The biodegradable compositions set forth herein as a second embodiment are biodegradable to environmentally acceptable and compatible materials. The degradation intermediate: Lactic acid is a common, naturally occurring substance that can be metabolized by many organisms. Their natural end-products are carbon dioxide and water. Intended equivalents of these compositions, such as those containing minor amounts of other materials, filler or extender, may also be readily biodegradable in the environment by appropriate choice of materials. The compositions listed herein are ecologically unsound of substances because their physical destruction and decomposition is much faster and more complete than with the conventional non-degradable plastics they replace. Further, because all or most of the composition is poly-lactic acid and / or lactic acid-derived lactide or oligomer, no residue or only a small portion of a slower-degrading residue will be left. This residue has a larger surface area than the bulk product and an expected faster rate of degradation.
Die bevorzugte Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung besteht aus polymerisieren Milchsäureeinheiten mit der sich wiederholenden Struktureinheit der Formel I, worin η eine ganze Zahl mit einem Wert zwischen 75 und 10000 und der Alpha-Kohlenstoff eine Zufallsmischung von D und L (oder R und S) mit einem Übergewicht eines der reinen Enantiomere ist. Ist η klein, so ist die Poly-Milchsäure, PLA, leicht verarbeitbar, sie ist aber beträchtlich geringer, wenn η größer ist. Ist η sehr groß, z. B. 7000 oder größer, ist die PLA sehr stark aber für die Spritzgießerei kompliziert. Vorzugsweise ist η etwa 500 bis 3000 für den besten Ausgleich von Schmelzeverarbeitbarkeit und den physikalischen Eigenschaften für den Endzweck. Die Monomere werden mit L- (odor D-)/D,L-Verhältnissen von polymerisierter Milchsäure oder ihrem zyklischen Dimer, Laktid, wie weiterhin nachstehend behandelt, gewählt. Sowohl Milchsäure als auch Laktid erbringen die sich wiederholenden PLA-Struktureinheiten - wie oben dargestellt- allerdings wird Laktid bevorzugt, da es viel einfacher die höheren relativen Molekülmassen erlangt, die für gute physikalische Eigenschaften erforderlich sind. Da Laktid dar StrukturThe preferred composition of the present invention consists of polymerizing lactic acid units having the repeating structural unit of formula I, wherein η is an integer of between 75 and 10,000 and the alpha carbon is a random mixture of D and L (or R and S) with a Overweight is one of the pure enantiomers. If η is small, then the poly-lactic acid, PLA, is easily processible, but it is considerably less if η is larger. Is η very large, z. B. 7000 or greater, the PLA is very strong but complicated for the injection molding. Preferably, η is about 500 to 3,000 for the best balance of melt processability and final physical properties. The monomers are selected with L (odor D) / D, L ratios of polymerized lactic acid or its cyclic dimer, lactide, as further discussed below. Both lactic acid and lactide provide the repeating PLA structural units - as outlined above - however, lactide is preferred because it is much easier to obtain the higher molecular weights required for good physical properties. There lactide is structure
O = C H-CO = C H-C
zwei asymmetrische Alpha-Kohlenstoffe enthält, gibt es drei Arten von Laktld, nämlich D1D- (oder D-); L1L- (oder L-) und Meso-D.L-Laktid.contains two asymmetric alpha carbons, there are three types of lactld, namely D 1 D- (or D-); L 1 L- (or L-) and meso-DL-lactide.
D-Laktid ist ein Dilaktld oder zyklisches Dimer von D-Milchsäure. Analog ist L-Laktid ein zyklisches Dimer der l-Milchsäure. Meso-D,L-Laktid ist ein zyklisches Dimer der D- und L-Milchsäure. Razemlsches D,L-Laktid enthält eine Mischung von D- und L-Laktid von 50/50. Wenn hier allein verwendet, soll der Begriff „D.L-Laktid", Meso-D,L-Laktid oder razemisches D,L-Laktid einschließen. Der hier verwendete verbreitete Begriff bedeutet, daß das Material homogen und innig mit dem Polymer vermischt ist. Reine L-PLA hat ungenügende Verarbeitungseigenschaften, wird leicht rissig und undurchsichtig. Reine D1L-PLA läßt sich leicht verarbeiten, ist aber nicht genügend starr, um ein entsprechendes OPS-Kompensatlonsprodukt darzustellen. Das Copolymorverhältnis von zwischen 85/15 bis 95/5 und vorzugsweise 90/10 L-Laktid/D,L-Laktid ist eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung. Bei höheren Verhältnissen als 95/5 läßt sich das Copolymer schwierig durch Wärme formen, ohne rissig und bei Raumtemperatur undurchsichtig zu werden. Bei niedrigen Verhältnissen aus 85/15 zeigen die Laktidcopolymere niedrigere als gewünschte Moduli für OPS-Kompensationsprodukte. Mitten In diesen Grenzen werden die Copolymere aus der Schmelze In typischen Herstellung/Verarbeitungsanlagen der Plastetechnologie rasch abgekühlt und ergeben Folien und Formen, die klar, farblos und extrem steif sind. Die so erzeugten Eigenschaften gleichen sehr eng den Eigenschaften einer OPS.D-lactide is a dilactld or cyclic dimer of D-lactic acid. Similarly, L-lactide is a cyclic dimer of L-lactic acid. Meso-D, L-lactide is a cyclic dimer of D- and L-lactic acid. Razemal D, L-lactide contains a mixture of D- and L-lactide of 50/50. As used herein alone, the term "DL-lactide", meso-D, L-lactide or racemic D, L-lactide is intended to include The common term used herein means that the material is homogeneously and intimately admixed with the polymer L-PLA has inadequate processing properties, becomes slightly cracked and opaque, pure D 1 L-PLA is easy to process, but not sufficiently rigid to be an equivalent OPS compensating product, the copolymer ratio of between 85/15 to 95/5 and preferably 90/10 L-lactide / D, L-lactide is a preferred embodiment of the invention At ratios greater than 95/5, the copolymer is difficult to form by heat without cracking and becoming opaque at room temperature / 15, the lactide copolymers exhibit lower than desired moduli for OPS compensation products. Within these limits, the copolymers are formed from the melt Plastics processing equipment rapidly cools to produce films and shapes that are clear, colorless and extremely rigid. The properties created in this way closely resemble those of an OPS.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß das 100%ige Milchsäurencopolymer für billigere Ausgangsmaterialien eingesetzt werden kann. Maissirup über Stärke und Mais kann man entweder zu L- oder razemischen D,L-Laktid (Milchsäure) in Abhängigkeit von dem Mikroorganismus vergären. Razemische D,L-Milchsäure kann man auf billige Art und Weise über Ethylen erhalten, das zu Azetaldehyd oxidiert werden kann, das mit Zyanwasserstoffsäure reagiert und Lactonitril bildet, das zu razemischer D,L-Milchsäure hydrolysiert wird. Laktld kann man einfach durch Destillation von Milchsäure ernalten. Ea tritt keine Veränderung der Stereochemie des asymmetrischen Kohlenstoffes bei der Umformung von Milchsäure zu Laktid mittels üblicher Destillation/Kondensationsverfahren ein.Another advantage of this invention is that the 100% lactic acid copolymer can be used for cheaper starting materials. Corn syrup via starch and corn may be fermented to either L or racemic D, L-lactide (lactic acid) depending on the microorganism. Racemic D, L-lactic acid can be conveniently obtained via ethylene, which can be oxidized to acetaldehyde, which reacts with hydrocyanic acid to form lactonitrile, which is hydrolyzed to racemic D, L-lactic acid. Lactld can be easily made by distilling lactic acid. Ea no change in the stereochemistry of the asymmetric carbon in the transformation of lactic acid to lactide by conventional distillation / condensation process.
Wenn die Reaktion von L-Laktid und D,L-Laktid hier diskutiert wird, ist darauf zu verweisen, daß man bei dem die Reaktionen spezifizierenden L-Laktid auch D-Laktid verwenden kann. Somit ergibt die Reaktion D-Laktid und D,L-Laktid gemäß dem hier beschriebenen Verfahren ein äquivalentes Produkt, die einzige Differenz Ist die, daß es Licht in eine unterschiedliche Richtung dreht.If the reaction of L-lactide and D, L-lactide is discussed here, it should be noted that L-lactide which specifies the reactions may also use D-lactide. Thus, the reaction gives D-lactide and D, L-lactide an equivalent product according to the method described herein, the only difference being that it turns light in a different direction.
Die erfindungsgemäßen Copolymere werden vorzugsweise durch Erhitzen der Monomerenmischung erzeugt, um eine homogene Schmelze zu bilden und durch Zugabe eines Katalysators, damit die Laktide einer ringöffnenden Polymerisation unterzogen werden können. Die Polymerisation erfolgt vorzugsweise in einer inerten, wasserfreien Atmosphäre, z. B. Stickstoff oder Argon oder im Vakuum. Geeignete Katalysatoren enthalten divalente Metalloxide und organo-metailische Verbindungen, z. B. Zinn(ll)octoat, Zinkazetat, Kadmiumazetat, Aluminiumazetat oder Butanoat, Zinnchlorid, Zinnbenzoat und Antimonoxid. Zinn(ll)octanoat ist der bevorzugte Katalysator durch seine hohe Löslichkeit In den Monomeren, der Einfachheit der Herstellung in wasserfreier Form und durch seine niedrige Toxizität. Der erforderliche Katalysatoranteil kann auf Basis der Monomere von ungefähr 0,02>bis 2 Ma.-% schwanken und beträgt vorzugsweise ungefähr 0,2%. Die relative Molekülmasse und die Schmelzviskositäten der Copolymere sind durch die Menge an Katalysator und/oder Kettenüberträger, z. B. Glykolsäure, regelbar. Die Reaktionstemperatur der Polymerisation liegt zwischen ungefähr 100 und 2000C. Die geringste Farbbildung tritt unter 140°C auf, und die Polymerisationsgeschwindigkeit ist über 1350C optimal. Da razemisches D,L-Laktid bei 1270C schmilzt, ist für die Umsetzung von Monomeren zu Polymeren ein Polymerisationsgrad über 1270C am geeignetsten. Wenn Klarheit und Transparenz wie bei OPS-Kompensationsprodukten gefordert werden, werden die erfindungsgemäßen Copolymere in einer inerten Atmosphäre über ihren Schmelzpunkten polyr, erisiert, die allgemein im Bereich von 125-1600C liegen. Das geschmolzene Laktidcopolymer kann aus dem Polymerisationsreaktor in Strängen und Stangen extrudlert, abgekühlt, pelletisiert und in Säcken für den Einsatz in nachfolgenden Formgebungs- und Extru dionsarbeitsgängen gelagert werden.The copolymers of the invention are preferably produced by heating the monomer mixture to form a homogeneous melt and adding a catalyst to allow the lactides to undergo ring-opening polymerization. The polymerization is preferably carried out in an inert, anhydrous atmosphere, for. As nitrogen or argon or in vacuo. Suitable catalysts include divalent metal oxides and organometailic compounds, e.g. Tin (II) octoate, zinc acetate, cadmium acetate, aluminum acetate or butanoate, tin chloride, tin benzoate and antimony oxide. Tin (II) octanoate is the preferred catalyst because of its high solubility in the monomers, ease of preparation in anhydrous form, and low toxicity. The amount of catalyst required may vary based on the monomers from about 0.02 to 2 mass%, and is preferably about 0.2%. The molecular weight and melt viscosities of the copolymers are determined by the amount of catalyst and / or chain transfer agent, e.g. B. glycolic acid, controllable. The reaction temperature of polymerization is between about 100 and 200 0 C. The least color formation occurs below 140 C °, and the rate of polymerization is over 135 0 C optimal. Since racemic D, L-lactide melts at 127 0 C, a degree of polymerization above 127 0 C is most suitable for the conversion of monomers to polymers. If clarity and transparency are required as with OPS compensation products, the inventive copolymers are polyr in an inert atmosphere above their melting points, erisiert which generally range from 125 to 160 0 C. The molten lactide copolymer can be extruded from the polymerization reactor into strands and rods, cooled, pelletized and stored in bags for use in subsequent forming and extrusion operations.
Gleichermaßen wird eine Klarheit von durch Wärmeverformung hergestellten Vcrpackungsfolien und Artikeln erreicht, indem man die Formgebung und das Extrudieren über den Schmelzpunkten des Polymers durchführt und die produzierten Artikel schnell abkühlt. Danach bleiben die Copolymere transparent, sofern sie nicht mehrere Stunden über ihre Glasumwandlungstemperatur, TG, und unter dem Schmelzpunkt, Tm, erwärmt werden. Eine langsame Abkühlung der thermogeformten Bahnen, Platten, Folien und Formteile kann eine Sphärolith-Kristallinität in den Copolymeren hervorrufen, die eine Verbesserung der Wärmestabilität der hergestellten Artikel hervorbrin&:, aber einen gewissen Verlust an Transparenz verursacht. Keimbildner, z.B. Natriumbenzoat, Kalziumlaktat u.a. können auch eine sehr schnelle und erhebliche Kristdllinität hervorrufen, ein geringfügiges Verstrecken des Copolymeren zwischen seiner Tg und s inen Tm ruft eine Orientierung der Polymermoleküle hervor und kann die physikalischen Eigenschaften ohne Verlust an Transparenz wesentlich verbessern. Das Mischen verschiedener Laktidpolymer- oder -copolymertypen kann die physikalischen Eigenschaften wesentlich verändern. Beispielsweise kann die Schmelzmischung des hochschmelzenden L-Laktidpolymers mit einem niedrigschmelzenden Laktidpolymer ein transparentes Material erzeugen, das einen ausreichenden Anteil und Kristallinitätstyp hat, um transparent zu bleiben. Fachleute wissen, daß Transparenz in formgepreßton Folien, große Steifheit, erhöhte Wärmeformbeständigkeit, Thermoverarbeitbarkeit und Abbaubarkelt in der Umwelt eine seltene Kombination von Eigenschuften sind. Demzufolge können die Polymere gemischt, mit Keimbildnern versehen, orientiert und durch die relative Molekülmasse eingestellt werden, um einen großen Teil der Breite der Verarbeitbarkeit und Finaleigenschaften in dem fertig gemischten Thermoplast zu erzeugen.Likewise, clarity of thermoformed packaging films and articles is achieved by performing molding and extruding above the melting points of the polymer and rapidly cooling the articles produced. Thereafter, the copolymers remain transparent unless heated for several hours above their glass transition temperature, Tg, and below the melting point, Tm. Slow cooling of the thermoformed webs, sheets, films, and moldings can cause spherulitic crystallinity in the copolymers, causing an improvement in the thermal stability of the articles produced, but causing some loss of transparency. Nucleating agents, e.g. Sodium benzoate, calcium lactate, and the like. may also induce a very rapid and significant crystallinity, a slight stretching of the copolymer between its Tg and sium Tm causes orientation of the polymer molecules and can substantially improve the physical properties without loss of transparency. The mixing of different types of lactide polymers or copolymers can significantly alter the physical properties. For example, the melt blend of the high melting L-lactide polymer with a low melting lactide polymer can produce a transparent material that has a sufficient level and crystallinity type to remain transparent. Those skilled in the art know that transparency in molded films, high stiffness, increased heat distortion temperature, thermoprocessability and degradability in the environment are a rare combination of properties. As a result, the polymers can be blended, nucleated, oriented, and adjusted by molecular weight to produce a large portion of the breadth of processability and final properties in the final blended thermoplastic.
Die erfindungsgemäßen Copolymere hydratisieren sich in Gegenwart von Feuchtigkeit zurück zu Milchsäure. In Gegenwart von Umgebungsluft und Feuchtigkeit wird die Hydrolyse in ungefähr 12 bis 18 Monaten offensichtlich. DIo Copolymere werden dann klebrig, etwas undurchsichtig und sehr spröde. Taucht man sie in Wasser, zeigen die Copolymere eindeutige Hydrolyseeffekte in ein bis vier Monaten in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, den relativen Molekülmassen, der Umgobungstemperatur, ihrem Verhältnis Oberfläche zu Volumen und wobei die besondere, wasserhaltige Umgebung der Copolymere einbezogen wird. Ferner können Mikroorganismen die Milchsäure zu Kohlendioxid und Wasser reduzieren. Die Copolymere haben (innähernd eine Haltbarkeit von mehreren Monaten, verschwinden jedoch ungefähr innerhalb eines Jahres, wenn sie durch und durch feucht sind.The copolymers according to the invention hydrate back to lactic acid in the presence of moisture. In the presence of ambient air and moisture, hydrolysis becomes apparent in about 12 to 18 months. The copolymers then become tacky, somewhat opaque and very brittle. When immersed in water, the copolymers show distinct hydrolysis effects in one to four months depending on the composition, molecular weights, environmental temperature, surface area to volume ratio, and incorporating the particular hydrous environment of the copolymers. Further, microorganisms can reduce the lactic acid to carbon dioxide and water. The copolymers have (approximately a shelf life of several months, but disappear within about a year if they are moist throughout.
Die folgenden Beispiele sind nur für die vorliegende Erfindung illustrativ. In den Beispielen 1B bis 7 B wurde eine Serie von Zusammensetzungen hergestellt und geprüft. Eo wurde im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik entdeckt, daß es deutliche Unterschiede im Verarbeitungsverhalten und den physikalischen Eigenschaften dc ! Laktid/D.L-Laktidcopolymere gibt.The following examples are illustrative only of the present invention. In Examples 1B to 7B, a series of compositions were prepared and tested. Eo was discovered in contrast to the prior art that there are significant differences in processing behavior and physical properties dc! Lactide / D.L lactide copolymers.
Bespiel 1BExample 1B
In einen trockenen, 500-ml-Rundkolben wurden 160g L-Laktid (Purac, Inc., „triple-star" Sortu) und 40g rnzemiochen D,L-Laktid (Purac, Inc., „triple star" Sorte) gegeben. Die Mischung wurde etwa eine Stunde lang bei 123-1290C unter Verschluß bei einer kontinuierlichen Stickstoffspülung durch einen Einlaß und Auslaß in dom Verschluß erwärmt. Die Monomere bilden eine klare Schmelze, die gründlich durch Wirbeln der Schmelze gemischt wurde. Es wurde eine Kajtalysatorlösung hergestellt und durch azeotropische Destillation getrocknet, das heißt 10ml ZinnüDoctoat (Polysciences, Inc.) wurde in 60ml Toluen gelöst; 10ml Toluen mit Spuren von Wasser wurden in ein Dean-Stark-Auffanggefäß destilliert, welches mittels eines Trocknungsrohres belüftet wurde. Eine Menge von 0,20ml Zinn(ll)octoat-Lösung wurde in die Schmelze pipettiert und gründlich gemischt. Die Stlckstoffbeschleierung wird fortgesetzt und die Schmelze wird in den nächsten drei Stunden zunehmend viskos. Die Erwärmung wurde bei 123-1270C für 20 bis 24Stunden fortgesetzt. Man ließ die Mischung auf Raumtemperatur abkühlen, und der Kolben mit dem flüssigen Stickstoff kühlte sich hinter einem Schutzschild weiter ab. Das Glas zersplittert und wird aus dem Polymer herausgenommen. Das Copolymer ist klar und farblos und wird in einer Reihe von Tests, dargestellt in Tabelle 1D, yeprüft. Es wurden Folien bei 17O0C in einer erwärmten Hydraulikpresse zur späteren Zugfestigkeitsprüfung formgepreßt. Es wurden Platten, V« Zoll dick, zur Schlagprüfung mit dem gekerbten Izod ASTM D256 und der Wärmeformbarkeit, ASTM, D648 hergestellt. Die Glasumwandlungstemperatur Tg und der Schmelzpunkt (Tm) (Mitte der Endotherme) wurden mittels Differential-Scanningkalorimetrie (DSC) bestimmt.Into a dry, 500 ml round bottom flask was added 160 g of L-lactide (Purac, Inc., "triple-star" Sortu) and 40 g of methylated D, L-lactide (Purac, Inc., "triple star" variety). The mixture was heated for about one hour at 123-129 0 C under lock and with a continuous nitrogen purge through an inlet and outlet in dom closure. The monomers form a clear melt which has been thoroughly mixed by vortexing the melt. A catalyst solution was prepared and dried by azeotropic distillation, that is, 10 ml of stannous octoate (Polysciences, Inc.) was dissolved in 60 ml of toluene; 10ml toluene with traces of water was distilled into a Dean-Stark receiver, which was vented through a drying tube. An amount of 0.20 ml of stannous octoate solution was pipetted into the melt and mixed thoroughly. The pulp lining is continued and the melt becomes increasingly viscous in the next three hours. The heating was continued at 123 to 127 0 C for 20 to 24 hours. The mixture was allowed to cool to room temperature and the flask of liquid nitrogen cooled further behind a protective shield. The glass splinters and is taken out of the polymer. The copolymer is clear and colorless and is tested in a series of tests shown in Table 1D. Foils were compression molded at 17O 0 C in a heated hydraulic press for later tensile testing. Plates, one inch thick, were made for impact testing with Notched Izod ASTM D256 and thermoformability, ASTM, D648. The glass transition temperature Tg and the melting point (Tm) (center of the endotherm) were determined by differential scanning calorimetry (DSC).
geändert wurde, dargestellt in Tabelle 1B mit den Prüfergebnissen. Das reine L-Laktidpolymer, Beispiel 7 B, läßt sich nicht immer gut bei 170-2000C verarbeiten, da es häufig gefährliche Haarrisse bei Abkühlung in der Form bildet. Häufig wird es bei Abkühlung trübe.changed in Table 1B with the test results. The pure L-Laktidpolymer, Example 7 B, can not always good at 170-200 0 C process, as it is often dangerous craze on cooling in the mold. It often becomes cloudy when cooled.
(a) Haarriese beim Kühlen, (Or die Prüfung zu spröde.(a) hairline on cooling, (Or the test too brittle.
(b) Gokerbte Proben, Aufprall auf der gekerbten Seite bei ViZoII dicke Prüfproben.(b) Gokerbte samples, impact on the notched side in ViZoII thick test specimens.
(c) Olfferentlal-Scannlng-Kalorlmetrie In Stickstoff bei einer Hrhitzungsgeachwindigkelt von 10°C/mln.(c) Olfferentlal scanning calorimetry In nitrogen at a heating rate of 10 ° C / mln.
Analog zu den Beispielen 4B und 5B wurde ein Copolymer aus L-Laktld/razemischen D.L-Laktid In einem Masseverhältnis von 90/10 hergestellt. In einen trockenen mit Stickstoff beschleierten 2-Liter-Kolben wurden 1045,8g L-Laktid und 116,4g razemisches D,L-Laktid gegeben. Eine Menge von 1,0ml wasserfreiem ZinndUoctoat (0,2ml pro ml Toluen)-Lösung wurde zugegeben. Der Kolben wurde über Nacht mit Stickstoff beschleiert, dann ein einem Ölbad bei 1410C erhitzt bis die Monomere schmelzen und sich gut mischen. Die Erwärmung nahm langsam bis 1260C ab und wurde 72 Stunden lang fortgesetzt. Das Polymerwurde bei der Abkühlung langsam weich. Nach Entfernung des Glases wurdedas wolkige, farblose, glasartige Polymer geprüft. Die Gelpermeationschromatographie ergibt eine durchschnittliche relative Molekülmasse (Basis Masse) !MJ von f 22000 und eine durchschnittliche relative Molekülmasse (Basis Anzahl) (Mn) von 149000.Analogously to Examples 4B and 5B, a copolymer of L-lactal / racemic DL-lactide was prepared in a mass ratio of 90/10. Into a dry, 2 liter, nitrogen-spiked flask was added 1045.8 g of L-lactide and 116.4 g of racemic D, L-lactide. An amount of 1.0 ml of anhydrous stannous octoate (0.2 ml per ml toluene) solution was added. The flask was gassed with nitrogen overnight, then heated at 141 ° C. in an oil bath until the monomers melt and mix well. The heating slowly decreased to 126 ° C and continued for 72 hours. The polymer slowly softened on cooling. After removal of the glass, the cloudy, colorless, glassy polymer was tested. Gel permeation chromatography gives an average molecular weight (basis mass)! MJ of f 22,000 and an average molecular weight (basis number) (M n ) of 149,000.
Eine DSC des Laktidpolymers ergibt einen eindeutigen Tm bei 1450C, siehe Abbildung 10. Das Laktidpolymer wurde geschmolzen, schnell abgekühlt und wieder mittels DSC geprüft, und man erhielt keine Kristallisations- oder Schmelzpunkte. Allerdings tritt eine Tg bei etwa 50-55 0C auf. Die Ergebnisse zeigen, daß das Polymer in Abhängigkeit von seinem Wärmoablauf kristallin oder amorph sein kann.A DSC of Laktidpolymers gives a unique Tm at 145 0 C, as shown in Figure 10. The Laktidpolymer was melted, rapidly cooled, and tested again by DSC, and gave no crystallization or melting points. However, a Tg occurs at about 50-55 0 C. The results show that the polymer can be crystalline or amorphous, depending on its thermal evolution.
Die Serien der Zusammensetzung wurden erweitert unter Anwendung der Verfahren des Beispiels 1B, ausgenommen, daß andere L- und rszemische D.L-Laktidverhältnisse verwendet wurden und daß die Erwärmung 2 Stunden bei 1250C, 14 Stunden bei 125-1470C und dann 2 Stunden bei 147-1310C betrug. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 B enthalten.The series of the composition were expanded using the procedure of Example 1B, except that other L- and DL-rszemische Laktidverhältnisse were used and that the heating for 2 hours at 125 0 C, 14 hours at 125-147 0 C and then for 2 hours at 147-131 0 C was. The results are included in Table 2B.
Festigkeits- und Moduleigenschaften von L-Laktid und D.L-LaktidcopolymerenStrength and modulus properties of L-lactide and D.L-lactide copolymers
(a) Die Folien werden gezogen bei einer Spannbackentrennung von 0,2 Zoll/min und einer Bandgeschwindigkeit von 6 Zoll/min.(a) The films are drawn with a jaw separation of 0.2 inches / min and a belt speed of 6 inches / min.
Dia Ergebnisse der obigen Beispiele zeigen, daß nur bestimmte Zusammensetzungen die erforderlichen Eigenschaften für ein OPS-Kompensationsprodukt haben. Die Hauptforderungen für ein OPS-ähnliches Material sind Durchsichtigkeit und Farblosigkeit, Zugfestigkeit über 7000psi, ein Tangentenmodul (ein Maß der Steifigkeit) über 400OOOpsi und eine gute Thermoplastizität.The results of the above examples show that only certain compositions have the required properties for an OPS compensation product. The main requirements for an OPS-like material are transparency and colorlessness, tensile strength above 7000 psi, a tangent modulus (a measure of rigidity) above 400,000 psi, and good thermoplasticity.
Tabelle 3B enthält einige Parallelvergleiche eines Kristallpolystyrens (OPS) mit einem regellosen Polymer aus 87,5Ma.-% L-Laktid und 12,5Ma.-% razemischen D,L-Laktid.Table 3B contains some parallel comparisons of a crystal polystyrene (OPS) with a random polymer of 87.5Ma% L-lactide and 12.5Ma% racemic D, L-lactide.
Vergleiche pysikalischer EigenschaftenComparisons of physical properties
(a) Abhängig vom Wärmeverlauf.(a) Depending on the heat history.
(b) Shore D = 97.(b) Shore D = 97.
(c) DSC, Tn, = 125CC (257 CF) bei 10"mln.(c) DSC, T n = 125 C C (257 F C) at 10 "mln.
(d) Fließgeschwindigkeit nimmt ab bei niedriger Temperatur, je) Vom Hersteller angegeben.(d) Flow rate decreases at low temperature, depending on the manufacturer.
(0 Aus unserem Versuch.(0 From our experiment.
Beispiel 13 BExample 13 B
Das Copolymer des Beispiels 2 B wurde mehrmals formgepreßt und wiederholt geformt, um zu bestimmen, ob eich in den Folien Farbe entwickelt und ob die relativen Molekülmassen hoch blieben. Damit wird festgestellt, ob das Copolymer zurückgewonnen werden kann, eine wichtige Überlegung für die Herstellungspraktiken. Die Ergebnisse der Tabelle 4 B beweisen, daß das Copolymer völlig transparent und farblos nach wiederholter Erwärmung und wiederholtem Formpressen blieb trotz der Tatsache, daß das Copolymer wiederholt Luft bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt wurde.The copolymer of Example 2 B was compression molded several times and repeatedly shaped to determine if color developed in the films and if the molecular weights remained high. This determines whether the copolymer can be recovered, an important consideration for manufacturing practices. The results of Table 4B demonstrate that the copolymer remained completely transparent and colorless after repeated heating and repeated compression despite the fact that the copolymer was repeatedly exposed to air at elevated temperatures.
Beispiel-NummerExample Number
Ablaufprocedure
AussehenAppearance
10OO's10OO's
Mn 10OO'sM n 10OO's
Mw/Mn M w / M n
928928
301301
137137
218 135 56,7218 135 56.7
2,222.22
2,422.42
(a) 85/15 L-laktld/razemlsches D.L-Laktidcopolymer.(a) 85/15 L-lactal / racemic D.L-lactide copolymer.
(b) Formpressen bei 167'C (333°F),7min, iu 6-mll-Folie.(b) compression molding at 167 ° C (333 ° F), 7 minutes, 6 mil film.
Die Copolymere der Beispiele 2B, 3B und 6B wurden zu Folien von ungefähr 20 bis 30mil Dicke formgepreßt und in einen erwärmten Instron Tester gegeben, in dem die Folien um das Sfache ihrer Länge bei 830C und einer Geschwindigkeit von 0,5 Zoll/min verstreckt wurden. Die Folien wurden schnell nach Herausnahme aus dem instron abgekühlt, und es wurde eine Dicke von 5mil festgestellt. Sie waren klar und farblos. Die Zugfestigkeitseigenschaften wurden bestimmt und in Tabelle 5B zusammengestellt. Wenn sie um das 8-1 Ofache ihrar Länge verstreckt wurden, zeigen die Folien den Beweis für eine Kristallinitätsbildung durch eine Trübungsentwicklung und einen gewissen Transparenzverlust. Die Ergebnisse beweisen, daß man sehr dünne Folien mit entsprechender Steifigkeit und Transparenz für ein OPS-Kompensatlonsprodukt herstellen kann. So kann trotz der höheren Dichte der Laktidcopolymere im Vergleich zu Polystyren weniger Material für steife OPS-Kompensatlonsprodukte eingesetzt werden.The copolymers of Examples 2B, 3B and 6B were compression molded into films of approximately 20 to 30 mils thickness and placed in a heated Instron tester in which the films were s.fold their length at 83 0 C and a speed of 0.5 inches / min were stretched. The films were rapidly quenched from the instron and found to have a thickness of 5 mils. They were clear and colorless. Tensile properties were determined and summarized in Table 5B. When stretched 8-1 times their length, the films show evidence of crystallinity formation by haze development and some loss of transparency. The results prove that it is possible to produce very thin films with adequate stiffness and transparency for an OPS compensation product. Thus, despite the higher density of lactide copolymers compared to polystyrene, less material can be used for rigid OPS compensation products.
(a) Bx orientiert bei 830C unter Anwendung ei- Verstreckgeschwindigkeit vor· 0,5 Zoll/min auf dem Instron.(a) Bx oriented at 83 0 C using egg before stretching speed x 0.5 inches / minute on the Instron.
Beispiel 19 BExample 19B
Folien auu Copolymeren aus Laktid der Tabelle 1B wurden In einem Intervall von mehreren Monaten in Wasser getaucht. Die Copolymere blieben zwei Monate lang klar, nach 3 Monaten entwickelte sich eino leichte Trübung. Nach Aufstellen der PIe tte in feuchter Luft und bei häufiger Handhabung bleiben die Folien anscheinend ein Jahr lang unverändert, obwohl die Instronwerte nach mehreren Monaten eine langsame Festigkeits- und Dehnungsabnahme zeigen. In einer Mülldeponie verschwanden die vergrabenen Folien in 6 Monaten bis 2 Jahren, in Abhängigkeit von Feuchtigkeit, pH, Temperatur, Zusammensetzung, Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und der biologischen Aktivität der Deponie. Sämtliche Folien brennen mit einer sauberen, blauen Flamme.Films made from lactide copolymers of Table 1B were immersed in water at an interval of several months. The copolymers remained clear for two months, after 3 months a slight haze developed. After setting up the piece in humid air and with frequent handling, the sheets apparently remain unchanged for a year, although the Instron values show a slow decrease in strength and elongation after several months. In a landfill, the buried films disappeared in 6 months to 2 years, depending on humidity, pH, temperature, composition, surface area to volume ratio and landfill biological activity. All foils burn with a clean, blue flame.
Beispiel 20 BExample 20B
ergab eine deutliche Zunahme der Kristallinität. Siehe Abbildung 7. Die Probe zeigte eine Wärmeformbeständigkeit bei SO-95°C bei 264 psi. Eine gleiche Probe zeigte ohne Spannungsfreimachen eine Wärmeformbeständigkeit von 50-550C, das ihrer Tggave a significant increase in crystallinity. See Figure 7. The sample showed heat distortion at SO-95 ° C at 264 psi. A similar sample showed, without annealing, a heat distortion temperature of 50-55 0 C, which corresponds to their Tg
entspricht.equivalent.
5Ma.-% Kalziumlaktat wurden auf einem geheizten Walzwerk mit dem Laktidcopolymer von Beispiel 5 B bei 1700C für etwa 5 Minuten gemischt. Die Mischung wurde von der Walze als Bahn abgezogen und geprüft, sie war steif, stark und trübe. Eine lichtmikroskopische Untersuchung bei 82facher Vergrößerung zeigte heterogene Bereiche im Größonboreich von einigen Mikron bis zu 30 Mikron. Eine DSC ergab eine wesentliche Zunahme der Kristallinität in der Nähe von 1450C, siehe Abbildung 8, die beim Abkühlen urin' Wiedererwärmen erhalten blieb. Die obigen Ergebnisse zeigen im Vergleich zu den Beispielen 8B, 2OB und 21B, daß keimbildende Mittel schneller und wirksamer eine Kristallinität von Laktidnopolymsren hervorrufen. Man kann keimbildende Mittel, z. B. Seize der Karbonsäuren verwenden, Salze der Milchsäure werden bevorzugt.5mA .-% of calcium lactate were mixed on a heated mill with the Laktidcopolymer B of Example 5 at 170 0 C for about 5 minutes. The mixture was pulled off the roll as a web and tested, it was stiff, strong and cloudy. A light microscopic examination at 82X showed heterogeneous regions in the size range of several microns up to 30 microns. A DSC showed a substantial increase in crystallinity near 145 0 C, see Figure 8, which was retained by urine reheating on cooling. The above results show, compared to Examples 8B, 2OB and 21B, that nucleating agents more rapidly and more effectively produce crystallinity of lactide nymphymes. One can nucleating agents, for. B. seize the carboxylic acids, salts of lactic acid are preferred.
Beispiel 22 BExample 22 B
In einem BOO-ml-3-Halsrundkolben, ausgestattet mit einem mechanischen Rührer und einem Ein- und Auslaß für Stickstoff wurden 180,7g L-Laktid und 40,2g razemisches D,L-Laktid gegeben (beides Boehringer und Ingelheim, Sorte S). Der Inhalt des Kolbens wurde auf 11O0C bei Stickstoffbeschleierung erhitzt, um die Laktide zu schmelzen, und es wurden 20,1 g Polyetyren (Amoco R3, Schmelzlndex3,5g/10mln) zugegeben. Das Polystyren quoll sehr stark und löste steh teilweise unter Rühren über Nacht, während die Tempertur auf 1050C anstieg. Die Temperatur wurde auf 1410C gesenkt, und es wurde 0,2ml wasserfreie ZinndDoctoat-Lösung (0,2 ml/ml Toluen) zugegeben. Der Rührer wurde ausgeschaltet, und die Laktide konnten bei 1410C über drei Tage polymerisieren. Das stark gequollene Polystyren schwamm nach Ausschalten des Rührers nach oben. Die untere Polylaktidphase wurde gekühlt und mittels DSC untersucht. Die Probe hatte einen niedrigen Tg, etwa 350C, und andererseits fehlte es an sichtbaren Temperaturübergängen. Formgepreßte Folien sind klar, farblos und sehr biegsam. Diese Ergebnisse deuten daraufhin, daß das Polystyren die Kristallinitötsbildung vollständig unterbricht.In a BOO ml 3-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer and an inlet and outlet for nitrogen, 180.7 g of L-lactide and 40.2 g of racemic D, L-lactide were added (both Boehringer and Ingelheim, variety S). , The contents of the flask were heated to 11O 0 C under a blanket of nitrogen to melt the lactides and 20.1 g were Polyetyren (Amoco R3, Schmelzlndex3,5g / 10mln) was added. The polystyrene swelled highly and partially dissolved stand with stirring overnight while the temperture rose to 105 0 C. The temperature was lowered to 141 0 C, and 0.2 ml of anhydrous ZinndDoctoat solution (0.2 ml / ml toluene) was added. The agitator was turned off and the lactide was polymerized for three days at 141 0 C. The heavily swollen polystyrene floated up after switching off the stirrer. The lower polylactide phase was cooled and analyzed by DSC. The sample had a low Tg, approximately 35 0 C, and on the other hand, lacked visible temperature transitions. Molded films are clear, colorless and very flexible. These results indicate that the polystyrene completely breaks the crystallinity formation.
Beispiel 23 BExample 23B
Das Laktidcopolymer des Beispiels 8B wurde auf einem Walzwerk mit 20 Ma.-% des in Beispiel 7 B hergestellten Homopolymers von L-Laktid gemischt. Eine Probe des Homopolymers wurde mittels DSC untersucht, siehe Abbildung 11. Die gemischte Probe wurde mittels DSC geprüft, und man ermittelte einen Tg von 59-630C und ausgeprägte Werte für Tm bei 150 und 1660C, siehe Abbildung 12. Die Folien waren klar bis leicht trübe in Abhängigkeit von ihrer Abkühlgeschwindigkeit nach dem Pressen. Abgekühlte Prober, kristallisieren leicht bei Erwärmung auf etwa 80-9O0C. Im Ergebnis isUiunmehr die Wärmeformbeständigkeit der Mischung recht hoch. Die Mischung wird bei 80-900C trübe, aber biegt sich nicht bei Erwärmung wie das ungemischte 90/10 Copolymer. Die in Tabelle 6B enthaltenen Festigkeitswerte stammen von unoriontierten, formgepreßten Folien und lassen sich mit auf gleiche Weise erhaltenen Werten für Polystyren vergleichen.The lactide copolymer of Example 8B was blended on a mill with 20% by weight of the L-lactide homopolymer prepared in Example 7B. A sample of the homopolymer was analyzed by DSC, see Figure 11. The mixed sample was tested by DSC and found to have a Tg of 59-63 0 C and distinct Tm values at 150 and 166 0 C, see Figure 12. The films were clear to slightly cloudy depending on their cooling rate after pressing. Cooled Prober, crystallize easily when heated to about 80-9O 0 C. As a result, the heat resistance of the mixture is rather high. The mixture becomes cloudy at 80-90 0 C, but does not bend when heated as the unblended 90/10 copolymer. The strength values contained in Table 6B are from unorionized molded films and can be compared to similarly obtained values for polystyrene.
Tabelle 6 B.Vergleich einer Mischung von Polylaktid des Beispiels 23B mit KristallpolystyrenTable 6 B. Comparative of Polylactide Blend of Example 23B with Crystal Polystyrene
(β) Dünne Folien, unorlentlerte, formgepreßte Prüfproben, (b) Schmelzlndex 1,7.(β) Thin films, un-apertured, compression-molded test specimens, (b) melt index 1,7.
Dieses Beispiel veranschaulicht, daß die Schmelzemischung ein ausgezeichneter Weg Ist, um die Eigenschaften des Copolymers zu verbessern, so daß man vorteilhafte Eigenschaften wie bei Polypropylen erhält. Je höher der Anteil des Homopolymers auf Basis L-Laktid (oder D-Laktid), gemischt mit dem Polymer, um so höher ist die Wärmeformbeständigkeit, allerdings nimmt auch die Trübung zu. Demzufolge kann man die Zugabe eines Homopolymeren mit anderen Methoden zur Erhöhung polystyrenähnllcher Eigenschaften kombinieren, wobei sich noch die Klarheit beibehalten läßt.This example illustrates that the melt blend is an excellent way to improve the properties of the copolymer so as to obtain advantageous properties as in polypropylene. The higher the content of the L-lactide (or D-lactide) -based homopolymer mixed with the polymer, the higher the heat distortion resistance, but also the haze increases. Accordingly, one can combine the addition of a homopolymer with other methods to increase polystyrene-like properties while still maintaining clarity.
Als ein weiteres Beispiel erhöht die Orientierung von aus dem Polymer hergestellten Folien die Festigkeitseigenschaften. Bei 8-10fachem Verzug erhöhen sich noch die physikalischen Eigenschaften, aber das Material wird trübe. Aus diesem Grunde muß der Orientierungsgrad kontrolliert und mit den anderen die Eigenschaften veränderten Methoden kombiniert werden, um optimale polystyrenähnliche Merkmale zu erzielen. ,As another example, the orientation of films made from the polymer increases the strength properties. With 8-10-fold delay, the physical properties increase, but the material becomes cloudy. For this reason, the degree of orientation must be controlled and combined with the other properties modified methods to achieve optimal polystyrene-like characteristics. .
Die Beispiele 24 B-27 B waren Polymerisationen von Laktid mit geregelten Anteilen von Kettenüberträgern, die beweisen, daß relative Molekülmassen unter Verwendung von Kettenüberträgern, z. B. Glykolsäure, geregelt werden können. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 B dargestellt. Zwischen dem Anteil des Kettenüberträgers und der reziproken Durchschnitts(Masse) relativen Molekülmasse besteht eine nahezu gerade Beziehung. Ein bevorzugter Kettenüberträger ist Milchsäure.Examples 24 B-27 B were polymerizations of lactide with controlled levels of chain transfer agents, demonstrating that molecular weights were reduced using chain transfer agents, e.g. As glycolic acid can be controlled. The results are shown in Table 7B. There is a nearly straight relationship between the amount of chain transfer agent and the reciprocal average (mass) molecular weight. A preferred chain transfer agent is lactic acid.
Tabelle 7 B.Regelung der relativen Molekülmasse unter Verwendung von KettenüberträgernTable 7 B. Relative molecular weight control using chain transfer agents
(a) Teile Glycolsäure als KettanQberträger (CTA) pro Hundert Teile Laktid im Polymerisationsansatz.(a) Glycolic acid as Kettan's carrier (CTA) per hundred parts of lactide in the polymerization batch.
(b) Gelpermeatlonschromatographle, In Tetrahydrofuran-Lösung, 230CmIt 10', 10s, 10* und lO'Anstrom-Säulen, zahlenmäßiger Durchschnitt Mn, und Massedurchschnitt Mw, Molekölmaesen sind berechnet Im Vergleich zu monodispersen Polystyren-Standards.(b) Gelpermeatlonschromatographle, in tetrahydrofuran solution, 23 0 C with 10 ', 10 s, 10 * and lO'Anstrom columns, number-average M n, and weight average M w, Molekölmaesen are calculated compared to monodisperse polystyrene standards.
Beispiel 28 8Example 28 8
geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8B enthalten. Das Laktidcopolymer ist eine viel bessere Sperrfolie für Kohlendioxid undchecked. The results are included in Table 8B. The lactide copolymer is a much better barrier film for carbon dioxide and
Beispiel 288 Gasdurchlässigkeit1'1 Example 288 Gas Permeability 1 ' 1
(a) ASTM 01434-/5, Beispiel 2 B war eine 4,0 mil formgepreßte Folie.(a) ASTM 01434-5, Example 2 B was a 4.0 mil compression molded film.
(b) Werte aus Modem Plastics Encyclopedia.(b) Values from Modem Plastics Encyclopedia.
Beispiel 29 BExample 29 B
Ve Zoll dicke Bahnen aus Laktidcopolymeren der Beispiele 1B-6B wurden über Nacht in ein Gemisch aus Petrolether und Methylenchlorid eingetaucht. Bei Verhältnissen von 70/30 bis 60/40 Petrolether/Methylenchiorid schäumen die Copolymere in siedendem Wasser. Es bilden sich unregelmäßige aber gut aufgeschäumte Schaumstoffe.Ve inch thick sheets of lactide copolymers of Examples 1B-6B were immersed overnight in a mixture of petroleum ether and methylene chloride. At ratios of 70/30 to 60/40 petroleum ether / methylene chloride, the copolymers foam in boiling water. It forms irregular but well-foamed foams.
Es wurde ein Vergleich der Schmelzviskositäten eines handelsüblichen Kristallpolystyrens (Typ 201, Hutsman Chemical Corp.) mit dem Laktldpolymer des Beispiels 8 B vorgenommen. Der Schmelzindex, ASTM D1238 (G) von Polystyren betrug 1,6g/10 min bei 2000C unter Verwendung einer 5 kg Standardmasse. Der Schmelzindex des Laktidpolymers lag unter gleichen Bedingungen bei 40-46g/10min, allerdings war der Wert bei 160oC8,0g/10min. Man erhielt einen detaillierteren Vergleich derA comparison was made of the melt viscosities of a commercial crystal polystyrene (Type 201, Hutsman Chemical Corp.) with the lactated polymer of Example 8B. The melt index, ASTM D1238 (G) of polystyrene was 1.6 g / 10 min at 200 0 C using a 5 kg Standard mass. The melt index of Laktidpolymers was under the same conditions at 40-46g / 10min, but the value was at 160 o C8,0g / 10min. One received a more detailed comparison of the
Schmelzviskositäten durch Beobachtung der Schmelzviskositäten der beiden Polymere In einem Instron Capillary Viscometer.Melt viscosities by observing the melt viscosities of the two polymers in an Instron Capillary Viscometer.
Die Vergieichsergebnisse sind in Abbildung 9 dargestellt. Die normalerweise während des Extrusions- und Spritzgießverfahrens auftretenden Schergeschwindigkeiten liegen bei etwa 100 bis 1000 χ 1/s. Eine Durchsicht der Werte in Tabelle 9 zoigt, daß die Schmelzviskosität des Laktidpolymers bei 16O0C der von Polystyren bei 2000C sehr ähnlich ist.The results of the comparison are shown in Figure 9. The shear rates normally encountered during the extrusion and injection molding process are about 100 to 1000 χ 1 / s. A review of the data in Table 9 zoigt that the melt viscosity of the Laktidpolymers at 16O 0 C is very similar to that of polystyrene at 200 0 C.
Obige Ergebnisse veranschaulichen, daß man Laktidpolymere bei niedrigeren Temperaturen als Polystyren mittels sehrThe above results illustrate that lactide polymers are treated at lower temperatures than polystyrene by means of
ähnlicher Verfahren aus der Schmelze verarbeiten kann.process can be processed from the melt.
Beispiele 31B-34 BExamples 31B-34B
Es wurden kleine Testpolymerisationen von gereinigtem (rekristallisiert und getrocknet) Meso-Laktid (Meso-D.L-Laktid) als das Homopolymer und das Copolymer durchgeführt. Die relativen Molekülmassen wurden mittels GPC bestimmt und mit den analogen von D,L-Laktid verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9B dargestellt. Die Polymere wurden zu Folien schmelzgepreßt und ihre physikalischen Eigenschaften bestimmt und verglichen, wie in Tabelle 10B gezeigt. Innerhalb von Untersuchungsdifferenzen der Bahndicke und der relativen Molekülmassen sind die Copolymere innerhalb der Versuchsfehler gleich. Das Homopolymer von Meso-Laktid liegt etwas niedriger.Small test polymerizations of purified (recrystallized and dried) meso-lactide (meso-D.L-lactide) as the homopolymer and the copolymer were performed. The molecular weights were determined by GPC and compared to the analogs of D, L-lactide. The results are shown in Table 9B. The polymers were melt pressed into films and their physical properties determined and compared as shown in Table 10B. Within study differences in web thickness and molecular weights, the copolymers are the same within experimental error. The homopolymer of meso-lactide is slightly lower.
GPC-Vergleiche der relativen Molekülmasse von Meso- und razemischen Laktidpolymeren und CopolymerenGPC molecular weight comparisons of meso and racemic lactide polymers and copolymers
(a) Formgepreßte Folie.(a) Molded film.
Eine umfassende Beschrelbunrj der Zusammensetzung der zweiten Ausführungsa.1 der Erfindung enthält ein in der Umwelt abbaubares Polymer, bestehend aus Milchsäureeinheiten der Struktur der Formel I, worin η eine ganze Zahl zwischen 75 und 10000 und der Alpha-Kohlenstoff eine Mischung aus L- und D-Konfigurationen mit einem Übergewicht von entweder D- oder L-Einheiten ist, wobei sich das Polymer ah Ersatz für Polystyren eignet. Die D- und L-Struktureinheiten dos Polymers können vorzugsweise aus L-Laktid oder D-Laktid mit 85-95 Masseteilen und D,L-Laktid mit 15-5 Masseteilen hergestellt werden. Eino in der Umwelt biologisch abbaubare Zusammensetzung mit verbesserten Eigenschaften, die denen von Polystyren ähnlich sind, enthält Mischungen eines physikalischen Gemischs von polymerisieren Milchsäureeinheiten der Struktur der Formel I, worin η eine ganze Zahl zwischen 75 und 10000 und der Alpha-Kohlenstoff eine unregelmäßige Mischung vor L- und * D-Konfigurationen mit einem Übergewicht von entweder D- oder L-Struktureinheiten, einem Laktidhomopoly mer von D-Laktid oder L-Laktid ist. Zusammensetzungen mit η gleich einer ganzen Zahl zwischen 150 und 10000 ergeben einen guten Ausgleich zwischen Festigkeit und Verarbeitbarkeit der Schmelze.A comprehensive description of the composition of the second embodiment of the invention includes an environmentally degradable polymer consisting of lactic acid units of the structure of formula I wherein η is an integer between 75 and 10,000 and the alpha carbon is a mixture of L and D. -Configurations with a preponderance of either D or L units, the polymer being a replacement for polystyrene. The D and L moieties of the polymer may preferably be prepared from L-lactide or D-lactide at 85-95 parts by weight and D, L-lactide at 15-5 parts by weight. An environmentally friendly biodegradable composition having improved properties similar to that of polystyrene contains mixtures of a physical mixture of polymerizing lactic acid units of the structure of formula I wherein η is an integer between 75 and 10,000 and the alpha carbon is an irregular mixture L and * D configurations are overweight of either D or L moieties, a lactide homopolymer of D-lactide or L-lactide. Compositions with η equal to an integer between 150 and 10,000 give a good balance between strength and melt processability.
Eine allgemeine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der Zusammensetzung der zweiten Ausführungsart beinhaltet das Mischen mit einem Katalysator, Erhitzen und Schmelzen des L-Laktid- oder D-Laktidmonomers und des D,L-Laktidmonomers, wobei das L-Laktidmonomer oder D-Laktidmonomer mit einem Anteil von 85 bis 95 Masseteilen und D,L-Laktidmonomer mit einem Anteil von 15 bis 5 Masseteilen vorhanden ist, und eine innige Lösung bilden; die Polymerisation der Lösung und die Behandlung des Polymers zur Modifizierung seiner Eigenschaften, um es als Ersatz für Polystyren geeignet zu machen. Man kann die Eigenschaften der Zusammensetzung steuern, indem man einen Keimbildner zusetzt; Zugabe eines D-Laktid- oder L-Laktidhomopolymers durch Mischung zur Erzeugung eines physikalischen Gemischs; Orientierung des Polymers; durch Zugabe eines Keimbildners und eines D-Laktid- oder L-Laktidpolymers durch Mischen; durch Zugabe eines Kcimblldners und eines D-Laktid- oder L-Laktidpolymers durch Mischen und Orientierung des Polymers; indem man Kettenüberträger der Polymerisationsstufe zusetzt, um die Eigenschaften für einen Polystyrenersatz einzustellen; durch Spannungsfreimachen bei einer höheren Temperatur und durch Zugabe von zusätzlichem Weichmacher, wobei der Weichmacher aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus D-Laktid, L-Laktid, Meso-D,L-Laktid, Milchsäure, Laktidoligomer, Milchsäureoligomer und deren Mischungen besteht. Wird ein Monomer als Weichmacher ausgewählt, kann man eine ausschließliche Zusammensetzung erhalten, indem man ein Monomer zusetzt, das sich stereochemisch von dem unterscheidet, das verwendet wird, um das Polylaktid in der Zusammensetzung zu erhalten. Analog ergibt der Zusatz eines Oligomeren, das sich stereochemisch von dem unterscheidet, das man während der Polymerisation des Polymeren erhalten kann, ein ausschließliches Produkt. Farbkörper kann man ausschließen, wenn man die Polymerisation in einer inerten Atmosphäre und bei Reaktionstemperaturen vorzugsweise bei 14OX oder darunter durchführt. Man kann verschiedene Kombinationen der obigen Behandlungen anwenden, um die optimalen Eigenschaften zu erhalten, die die Fachleute zu schätzen wissen, wenn sie erst einmal die Lehren dieser Erfindung kennen.A general description of the method of making the composition of the second embodiment involves mixing with a catalyst, heating and melting the L-lactide or D-lactide monomer and the D, L-lactide monomer, wherein the L-lactide monomer or D-lactide monomer has a Proportion of 85 to 95 parts by mass and D, L-Laktidmonomer in a proportion of 15 to 5 parts by mass is present, and form an intimate solution; the polymerization of the solution and the treatment of the polymer to modify its properties to make it suitable as a replacement for polystyrene. One can control the properties of the composition by adding a nucleating agent; Adding a D-lactide or L-lactide homopolymer by mixing to produce a physical mixture; Orientation of the polymer; by adding a nucleating agent and a D-lactide or L-lactide polymer by mixing; by adding a cadmium binder and a D-lactide or L-lactide polymer by mixing and orienting the polymer; by adding chain transfer agents to the polymerization step to adjust the properties for a polystyrene replacement; by stress relief at a higher temperature and by addition of additional plasticizer, wherein the plasticizer is selected from the group consisting of D-lactide, L-lactide, meso-D, L-lactide, lactic acid, lactide oligomer, lactic acid oligomer and mixtures thereof. When a monomer is selected as the plasticizer, an exclusive composition can be obtained by adding a monomer which is stereochemically different from that used to obtain the polylactide in the composition. Analogously, the addition of an oligomer which differs stereochemically from that which can be obtained during the polymerization of the polymer gives an exclusive product. Color bodies can be excluded if one carries out the polymerization in an inert atmosphere and at reaction temperatures preferably at 14OX or below. Various combinations of the above treatments may be used to obtain the optimum properties that will be appreciated by those skilled in the art once they understand the teachings of this invention.
Wie man der vorerwähnten ersten A jstührungsart entnehmen kann, kann ein höherer Monomer- oder Oligomergehalt eine signifikante Wirkung haben. In der vorliegenden zweiten Ausführungsart werden zur Erzeugung von Steifigkeit niedrigere Monomer- oder Oligomeranteile bevorzugt. Es wird ein Weichmachergehalt von 0,1 bis 5% bevorzugt. Die Zusammensetzung enthält meistens Weichmacher mit einem Anteil, der von den Polymerisationsbedingungen oder der nach der Polymerisation zugesetzten Menge abhängig ist. Das als Weichmacher verwendete hinzukommende Monomer kann aus folgender Gruppe ausgewählt werden: D-Laktid, L-Laktid, Meso-D,L-Laktid, razemisches D,L-Laktid und deren Mischungen. Man kann auch Oligomere von Laktid oder Milchsäure zugeben. Ausschließliche Zusammensetzungen kann man durch Zugabe von Monomeren oder Oligomeren erhalten, die sich stereochemisch von den für die Polymere in der Zusammensetzung verwendeten unterscheiden.As can be seen from the aforementioned first type of injection, a higher monomer or oligomer content can have a significant effect. In the present second embodiment, lower monomer or oligomer moieties are preferred to provide rigidity. A plasticizer content of 0.1 to 5% is preferred. The composition usually contains plasticizers in a proportion which depends on the polymerization conditions or the amount added after the polymerization. The added monomer used as the plasticizer may be selected from the group consisting of D-lactide, L-lactide, meso-D, L-lactide, racemic D, L-lactide, and mixtures thereof. It is also possible to add oligomers of lactide or lactic acid. Exclusive compositions can be obtained by adding monomers or oligomers that differ stereochemically from those used for the polymers in the composition.
Fernerwird mit derzweiten Ausführungsart der Erfindung ein Verfahren zum ErsatzeinerthermoplastischenZusammensetzung durch die erfindungsgemäße biologische abbaubare Zusammensetzung vorgeschlagen, wobei die thermoplastische Zusammensetzung orientierbare erste Polymerstruktureinheiten enthält, indem man die ersten Polymerstruktureinheiten durch ein zweites orientierbares Polymer mit einer unorientierten Zugfestigkeit von mindestens 5000 und einem Tangentenmodul von mindestens 200000 austauscht, worin das zweite Polymer Poly-Milchsäureeinheiten der Struktur der Formel I enthält, wobei η die Anzahl der sich wiederholenden Einheiten und η eine ganze Zahl zwischen 75 S η < 10 000 ist. Der Alpha-Kohlenstoff ist eine Mischung von L- und D-Konfigurationen mit Einern Übergewicht entweder von D- oder L-Struktureinheiten, wobei das Polymer aus L- oder D-Laktid mit 85 bis 95 Masseteiien und D,L-Lakt!d mit 15-5 Masseteilen hergestellt und mit einem Weichmacher aus einer Gruppe plastifiziert wird, die aus Laktid, Oligomeren der Milchsäure, Oligomeren von Laktid und deren Mischungen zwischen 0,1 bis 5,0Ma.-% besteht.Further, according to the second aspect of the invention, there is provided a method of replacing a thermoplastic composition with the biodegradable composition of the invention, wherein the thermoplastic composition comprises orientable first polymeric structural units by exposing the first polymeric structural units to a second orientable polymer having an unoriented tensile strength of at least 5000 and a tangent modulus of at least 200,000 wherein the second polymer contains poly-lactic acid units of the structure of formula I, where η is the number of repeating units and η is an integer between 75 S η <10,000. The alpha carbon is a mixture of L and D configurations with one overweight of either D or L moieties, with the polymer of L or D lactide of 85 to 95 masses and D, L lactic d 15-5 parts by weight is prepared and plasticized with a plasticizer from a group consisting of lactide, oligomers of lactic acid, oligomers of lactide and mixtures thereof between 0.1 to 5.0Ma .-%.
In Betracht gezogene Äquivalente der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind solche, die geringere Anteile anderer Substanzen enthalten. Falls gewünscht, kann man erfindungsgemäß hergestellte Zusammensetzungen durch Zusatz eines Vernetzungsmittels, anderer Weichmacher, eines Farbstoffs, eines Füllstoffs u.a. modifizieren.Contemplated equivalents of the compositions of the invention are those containing minor amounts of other substances. If desired, compositions prepared according to this invention can be prepared by adding a crosslinking agent, other plasticizers, a dye, a filler, and the like. modify.
Die hier erwähnten Zusammensetzungen können mittels Schmelzfabrikation zu brauchbaren Produktionsartikeln verarbeitet werden, die eine selbsttragende Struktur haben, z. B. Wegwerfbehälter, Eßutensilien, Schalen, Platten, Tassen, einzelne Serviceschalen, Spritzen, medizinische Schalen, Verpackungsfolien u.a. Die Zusammensetzungen sind insofern von Nutzen, da sie die Eigenschaften üblicher Polystyrene haben und sie daher ersetzen und dabei noch in der Umwelt abgebaut werden. Die Zusammensetzungen sind besonders für solche Artikel geeignet, die nur für einen einmaligen Gebrauch oder eine kurze Nutzungsdauer bestimmt sind, ehe sie weggeworfen werden.The compositions mentioned herein can be melt-made into useful articles of manufacture having a self-supporting structure, e.g. B. Disposable container, Eßutensilien, trays, plates, cups, individual service trays, syringes, medical trays, packaging films u.a. The compositions are useful in that they have the properties of common polystyrenes and therefore replace them while still degrading in the environment. The compositions are particularly suitable for those articles which are intended for single use or short term use before being discarded.
Eine dritte altgemeine Ausführungsart behandelt die Mischung aus Poly-Milchsäure (PLA) mit Polystyren (PS), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP). Die dritte Ausführungsart erläutert, daß die Poly-Milchsäure kompatibel mit diesen konventionellen Thermoplasten geschmolzen wird sowie den Einfluß auf ihre physikalischen Eigenschaften. Die hier dargelegten in der Umwelt abbaubaren Zusammensetzungen sind mindestens teilweise abbaubar. Das heißt, daß der Poly-Milchsäureanteil der Zusammensetzung sich relativ schnell zersetzt im Vergleich zu den stabilen Anteilen der Mischung und eine physikalische Verschlechterung der gemischten Substanzen verursacht. Wenn es sich beispielsweise um innige und homogene Mischungen mit geringen Weiß-Bezirken handelt, zerstört die physikalische Verschlechterung das ursprünglich hergestellte Produkt. Die erwähnten Zusammensetzungen liefern umweltseitig akzeptable Materialien, da ihre physikalische Verschlechterung und ihr Abbau viel schneller erfolgen, als bei konventionellen nichtabbaubaren Plasten. Da weiterhin einA third common embodiment treats the blend of poly-lactic acid (PLA) with polystyrene (PS), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), and polypropylene (PP). The third embodiment illustrates that the poly-lactic acid is melted compatible with these conventional thermoplastics as well as the influence on their physical properties. The environmentally degradable compositions set forth herein are at least partially degradable. That is, the poly-lactic acid portion of the composition decomposes relatively rapidly as compared with the stable proportions of the mixture and causes physical deterioration of the mixed substances. For example, if they are intimate and homogeneous blends with low white districts, the physical degradation destroys the original product. The noted compositions provide environmentally acceptable materials since their physical degradation and degradation are much faster than with conventional non-degradable plastics. There continues to be one
signifikanter Anteil der Zusammensetzung Poly-Milchsäure und/oder ein von der Milchsäure abgeleitetes Laktld oder Ollgomer sein kann, verbleibt nur ein geringer Teil des sich langsamer abbauenden thermoplastischen Rests (z. B. Polystyren). Dieser Rest hat eine größere Oberfläche, und es ist anzunehmen, daß er sich schneller als das hergestellte Masseprodukt zersetzt. D-Laktid Ist ein Dilacton oder ein übliches D' >er von D-Milchsäure. Analog Ist L-Laktid ein zyklisches Dimer von L-Milchsäure. Meso-D,L-Laktid ist ein zyklisches Dimer von D- und L-Milchsäure. Razemisches D,L-Laktid enthält eine Mischung 50/50 aus D- und L-Laktid. Wird der Begriff „D,L-Laktid" allein hler verwendet, so soll er Meso-D,L-Laktid oder razt .isches D,L-Laktid einschließen. Man kann Poly-Milchsäure aus einer oder mehrerer obiger Substanzen herstellen.significant portion of the composition may be poly-lactic acid and / or a lactic acid or oligomer derived from the lactic acid, leaving only a small portion of the slower degrading thermoplastic residue (eg, polystyrene). This residue has a larger surface area and it is likely to decompose faster than the mass product produced. D-lactide is a dilactone or a common D '> of D-lactic acid. Analogously, L-lactide is a cyclic dimer of L-lactic acid. Meso-D, L-lactide is a cyclic dimer of D- and L-lactic acid. Racemic D, L-lactide contains a mixture of 50/50 D- and L-lactide. When used alone, the term "D, L-lactide" is intended to include meso-D, L-lactide or razt. D, L-lactide, and poly-lactic acid may be prepared from one or more of the above.
Polystyren wurde mittels Lösungsmittel mit Poly-Milchsäure gemischt und mittels Lösungsmittel aus CH2CI2 gegossen und die optimale Kompatibilität bestimmt. Die mittels Lösungsmittel gegossenen Folien waren durchscheinend und offensichtlich »nicht farbig". Eine Probe erscheint dem bloßen Auge homogen und widersteht einer Faltung und einer Behandlung ohne zu zerreißen. Eine lichtmikroskopische Untersuchung zeigt bei 310facher Vergrößerung Weiß-Bezirke von 3 Mikron und darunter. Die Mischung ist offensichtlich sehr kompatibel. Sie zeigt keine Veränderung über 2 Jahre im Hinblick einer „Schleierbildung" durch flüchtige Substanzen noch liefern ihre physikalischen Eigenschaften einen Beweis für einen Abbau.Polystyrene was mixed by means of solvent with poly-lactic acid and poured by means of solvent from CH 2 Cl 2 and determines the optimal compatibility. The solvent-cast films were translucent and apparently "non-colored." A sample appears homogeneous to the naked eye and resists folding and handling without tearing.A light microscopy study shows white areas of 3 microns and below at 310x magnification is obviously very compatible, showing no change over 2 years in terms of "fogging" by volatile substances, nor does its physical properties provide evidence of degradation.
wurden untersucht. Ebenso verwendete man ein Mehrzweckpolystyren (Huntsmanpolystyren 208), ein Kristallpolystyren. Diese wurden in einem Brabender bei 32b0F mit unterschiedlichen Verhältnissen mit Poly-Milchsäure gemischt.were examined. Also used was a multipurpose polystyrene (Huntsman polystyrene 208), a crystal polystyrene. These were mixed in a Brabender at 32b 0 F with different ratios of poly-lactic acid.
Es wurden zwei Polyethylenterephthalattypen verwendet (Goodyear's „Clearstuff" und Eastman's Kodapak TN-0148). Diese wurden über Nacht bei 90°C getrocknet und bei 525°F in einem Brabender mit Poly-Milchsäure nur ein paar Minuten echmelzgemischt. Die Poly-Milchsäure verringerte die Schmelzviskosität.Two types of polyethylene terephthalate (Goodyear's "Clearstuff" and Eastman's Kodapak TN-0148) were used, which were dried overnight at 90 ° C and melt blended with poly-lactic acid at 525 ° F in a Brabender for only a few minutes to reduce poly-lactic acid the melt viscosity.
Die Kontrollbeispiele und Mischungen für Polyp, ipylen, Mehrzweckpolystyren und Polyethylenterephthalat (Eastman's) aus den Beispielen 2C-7C wurden in einer Abbey-Mühle gemahlen und zu etwa 5mil starken Folien formgepreßt. Es wurden Polypropylen-Poly-Milchsäurefolien bei etwa 4000F hergestellt; Polystyren-Poly-Milchsäurefolien erhielt man bei 250-300°F; Polyethylenterephthalat-Poly-Milchsäurefolien wurden bei etwa 5250F hergestellt. Nach Konditionierung bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit und 230C, 24 Stunden, wurden sie auf dem Instron geprüft. Die Kontrollbeispiele wurden gleichermaßen behandelt. Proben der formgepreßten Folie wurden zur Bestimmung der Wetterbeständigkeit in ein Atlas Weather-O-Meter (Zyklen von 102 Minuten Sonnenschein und 18 Minuten Regen) gegeben. Die Ergebnisse für diese Baispiele sind in Tabelle 1C enthalten.The control examples and blends for polyp, ipylene, general purpose polystyrene and polyethylene terephthalate (Eastman's) from Examples 2C-7C were milled in an Abbey mill and compression molded into about 5 mil thick films. Polypropylene-poly-lactic acid films were produced at about 400 ° F .; Polystyrene-poly-lactic acid films were obtained at 250-300 ° F; Polyethylene terephthalate-poly-lactic acid films were prepared at about 525 ° F. After conditioning at 50% relative humidity and 23 0 C, 24 hours, they were tested on the Instron. The control examples were treated equally. Samples of the molded film were placed in an Atlas Weather-O-Meter (cycles of 102 minutes of sunshine and 18 minutes of rain) to determine weather resistance. The results for these examples are included in Table 1C.
Drei Proben aus 100% Poly-Milchsäure unter Verwendung von Poly(D.L-Milchsäure) wurden wie oben erwähnt hergestellt, jedoch mit einer Foliendicke von 10-15 mil. Die Untersuchungen erfolgten wie in den Beispielen 20C-27C unt/an, mit der Ausnahme, daß die zweite Probe nach 82 Stunden Exposition in 50% relativer Luftfeuchtigkeit bei 72°F geprüft wurde.Three samples of 100% poly-lactic acid using poly (DL-lactic acid) were prepared as mentioned above, but with a film thickness of 10-15 mil. The tests were performed as in Examples 20C-27C, except in that the second sample was tested after 82 hours exposure to 50% relative humidity at 72 ° F.
Polyethylen hoher Dichte, HDPE, (0,960g/cm3) wurde mit Poly-Milchsäure in einem Brabender Plasticorder bei 1510C10 Minuten schmelzgemischt. Es wurden Mischungsverhältnisse von Polyethylen hoher Dichte/Poly-Milchsäure von 100/0 für die Kontrollen, 90/10,80/20 und 50/50 angewendet. Es wurden je zwei Proben hergestellt. Die Mischungen wurden in einer Abbey-Mühle gemahlen und zu 10 bis 15mil Folien formgepreßt. Die Folien wurden in einem Atlas Weather-O-Meter 51 Minuten unter Kohlelichtbogen und 9 Minuten Wasserbesprühung untersucht. Die Temperatur wurde von Umgebungstemperatur bis 14O0F variiert. Mit den Proben wurden Zugfestigkeits-, Bruchdehnungsuntersuchungen und eine Einklassifizierung des Zugbruchs durchgeführt, wie in Tabelle 2 C dargestellt.High density polyethylene, HDPE, (0,960g / cm 3) was melt blended with poly-lactic acid in a Brabender Plasticorder at 151 0 C for 10 minutes. Mixture ratios of high density polyethylene / poly-lactic acid of 100/0 were used for the controls, 90 / 10.80 / 20 and 50/50. Two samples each were made. The blends were ground in an Abbey mill and compression molded into 10 to 15 mil sheets. The films were examined in an Atlas Weather-O-Meter for 51 minutes under carbon arc and 9 minutes water spray. The temperature was varied from ambient to 14O 0 F. Tensile, elongation, and tensile stress classifications were performed on the samples as shown in Table 2C.
10 Minuten sei. .»izgemischt. Es wurden Mischungsverhältnisse für Polyethylen niedriger Dichte/Poly-Milchsäure von 100/0 für die Kontrollen, 90/10 und 50/50 angewandt. Es wurden je zwei Proben hergestellt. Die Proben wurden wie in den Beispielen 2OC bis 27C behandelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2C dargestellt.10 minutes. . "Izgemischt. Blend ratios for low density polyethylene / poly-lactic acid of 100/0 for the controls, 90/10 and 50/50 were used. Two samples each were made. The samples were treated as in Examples 2OC to 27C. The results are shown in Table 2C.
In einen 500-ml-Dreihalsrundkolben, ausgestattet mit einem mechanischen Rührer und einen Ein- und Auslaß für Stickstoff wurden 180,7 g L-Laktid und 40,2 g razemisches D,L-Laktid (beide Boehrlnger und Ingelheim, Sorte S) gegeben. Der Inhalt des Kolbens wurde auf 1100C unter Stlckstoffbeschleierung erhitzt, um die Laktide zu schmelzen, und es wurden 20,1 g Polystyren (Amoco R3, Schmelzindex 3,5g/10min) zugegeben. Das Polystyren quoll stark und löste eich zum Teil während des Rührens über Nacht und bei ansteigender Temperatur auf 1850C. Die Temperatur wurde auf 1410C gesenkt, und es wurden 0,2ml wasserfreie Zinn-(ll)octoatlösung (0,2 ml/ml Toluen) zugegeben. Der Rührer wurde ausgeschaltet, und man ließ die Laktide beiInto a 500 ml three-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer and an inlet and outlet for nitrogen were added 180.7 g of L-lactide and 40.2 g of racemic D, L-lactide (both Boehrlnger and Ingelheim, variety S) , The contents of the flask were heated to 110 0 C under Stlckstoffbeschleierung to melt the lactides and 20.1 g were polystyrene (Amoco R3, melt index 3.5 g / 10 min) was added. The polystyrene swelled highly and partially dissolved calibration while stirring overnight and the temperature rises to 185 0 C. The temperature was lowered to 141 0 C, and there were 0.2 ml anhydrous tin (II) octoatlösung (0.2 mL / ml toluene). The stirrer was switched off and the lactides were allowed in
1410C drei Tage lang polymerisieren. Das stark gequollene Polystyren schwamm nach Ausschalten des Rührers nach oben. Die untere Polylaktidphase wurde gekühlt und mittels Differential-Scanningkalorimetrie (DSC) geprüft. Die hat einen niedrigen Tg, etwaSS'C, andererseits mangelt es an offensichtlichen Temperaturumwandlungen. Formgepreßte Folien sind klar, farblos und sehr biegsam. Diese Ergebnisse deuten daraufhin, daß das Polystyren unter diesen Bedingungen völlig die Krlstallinltätsbildung unterbricht.Polymerize 141 0 C for three days. The heavily swollen polystyrene floated up after switching off the stirrer. The lower polylactide phase was cooled and tested by Differential Scanning Calorimetry (DSC). It has a low Tg, about SS'C, on the other hand, it lacks obvious temperature changes. Molded films are clear, colorless and very flexible. These results indicate that under these conditions polystyrene completely interrupts crystallography.
Beispiel 35 CExample 35 C
und zeigte bei einer Thermoanalyse eine beträchtliche Krlstallinität. Das Beispiel demonstriert, daß unter diesen Bedingungenand showed a considerable crystallinity in a thermal analysis. The example demonstrates that under these conditions
daß das Material sogar kristallin bleibt, wenn es erwärmt und abgekühlt wird.that the material even remains crystalline when heated and cooled.
hier in der Mischung Endeigenschaften erzeugt werden können, die von der Mischung oder angewandten Mischtechnik abhängen.Here, in the mixture, final properties can be produced which depend on the mixture or applied mixing technique.
darunter. Die Zugfestigkeiten wurden vor und nach einer simulierten Bewetterung bestimmt. Nach 1248 Stunden (52 Tage) in dem Atlas Weather-O-Meter wurden sämtliche Polypropylenproben weiß, extrem spröde und konnten nicht geprüft werden. Dieunderneath. The tensile strengths were determined before and after a simulated ventilation. After 1248 hours (52 days) in the Atlas Weather-O-Meter, all polypropylene samples became white, extremely brittle, and could not be tested. The
der Umwelt.the environment.
sichtbar.visible.
(a) Wetter-O-Meter, Zyklus von 120 Minuten Sonnenschein, 18 Minuten Regen(a) Weather o meter, cycle of 120 minutes of sunshine, 18 minutes of rain
(b) 0,05 Zoll/min auf dem Instron.(b) 0.05 in / min on the Instron.
(c) Hercules Polypropylen 825.(c) Hercules Polypropylene 825.
(d) Huntsman.208.(d) Huntsman.208.
(β) Tennessee Eastman, Kodepak TN 0148. >(b) Tennessee Eastman, Kodepak TN 0148.>
Die Poly-Milchsäure, das Polyethylen mit hoher Dichte, das Polyethylen mit niedriger Dichte und deren Mischungen wurden hinsichtlich der physikalischen Festigkeit vor und nach einer simulierten Bewetterung bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 C dargestellt.The poly-lactic acid, the high density polyethylene, the low density polyethylene and their blends were evaluated for physical strength before and after simulated ventilation. The results are shown in Table 2C.
-29- 299 630-29- 299 630
nach Wetter-O-Expositionafter weather-O exposure
(a) Formgepreßte Folie, 10-15 mil Dicke.(a) Molded film 10-15 mils thick.
jb) Schmelzgemisch In Brabender Plastlcorder, 10 MIn., 161 'C.jb) Melt Blend In Brabender Plastlcorders, 10 min., 161'C.
(c) S1 min bei Kohlelichtbogen u. 9mtn Lei WassersprOhung für Jeden 1 Std.-Zyklus. Temperatur schwankt von Umgebungstemperatur bis 140'F.(c) S1 min with carbon arc u. 9mtn Lei water boost for every 1h cycle. Temperature varies from ambient to 140'F.
(d) Dehnung bei Maximum In der Dehnungekurve.(d) Elongation at Maximum In the Elongation Curve.
(e) Poly(D,L-Lakt!dsaure), (n) = 1,16 dl/g, 260C.(e) poly (D, L-lact dsaure!), (n) = 1.16 dl / g, 26 0 C.
(0 Nach 82 Stunden Exposition In 60% R. H., 720F.(0 After 82 hours exposure in 60% RH, 72 0 F.
(g) Polyethylen hoher Dichte, Dichte 0,960 g/cc, Schmelzindex 0,6 g/10 min.(g) high density polyethylene, density 0.960 g / cc, melt index 0.6 g / 10 min.
|h) Polyethylen niedriger Dichte, Dichte 0,917 g/cc, Schmelzindex 0,26 g/10 min.| h) Low density polyethylene, density 0.917 g / cc, melt index 0.26 g / 10 min.
Poly-Milchsäure und ihre Mischungen waren viel besser in der Umwelt abbaubar als das reine Polyethylen niedriger oder hoher Dichte. Die Polyethylenproben mit hoher Dichte zersetzten sich im wesentlichen ohne Masseverlust, während die Polyethylen-Poly- Milchsäuremischungen einen Masseverlust zeigten, insbesondere wenn mikroskopisch auf der Oberfläche der Folie festgestellte Poly-Milchsäure exponiert wurde. Polyethylen hoher Dichte zersetzte sich bei Exposition in fotochemisch wirksamem Licht, wie mikroskopisch nachgewiesen werden konnte.Poly-lactic acid and its blends were much more biodegradable than pure low or high density polyethylene. The high density polyethylene samples decomposed essentially without mass loss, while the polyethylene-polylactic acid mixtures showed mass loss, especially when poly-lactic acid detected microscopically on the surface of the film was exposed. High density polyethylene decomposed upon exposure to photochemically active light, as could be demonstrated microscopically.
Bei allen Proben nahm bei Erhöhung des prozentualen Anteils von Poly-Milchsäure die Zugfestigkeit vor und nach einer simulierten Bewetterung ab. Der Einbau von Poly-Milchsäure rief einen schnelleren Abbau in Mischungen aus Polypropylen, Polystyren, Polyethylenterephthalat und Polyethylen hoher und niedriger Dichte auf. Mutmaßlich zersetzt das fotochemisch wirksame Licht ebenso wie die Hydrolyse des Polyesters das Polymer. Die geringe Größe kugelförmiger, mikroheterogener Weiß-Bezirke der Mischung sind unzweifelhaft Poly-Milchsäure, die am meisten vergraben wird. Deshalb verläuft die Hydrolyse der Poly-Milchsäure langsam. Einen schnelleren Abbau via Hydrolyse kann man durch Regulierung der Lage der Poly-Milchsäure erzielen. Das här;gt wiederum von der Rheologie der Mischung während des Schmelzmischens zusammen, pie geringe Größe der dispergieren, heterogenen Weiß-Bezirke deutet auf eine gute Kompatibilität der gemischten Polymere hin. In einer simulierten Mülldeponie, bei der Licht ausgeschlossen wurde, zeigen die Kontrollmischungen und die Mischungen viel langsamere Abbaugeschwindigkeiten. Allein bei Hydrolyse wurden die Poly-Milchsäureproben langsam weiß, während die Mischungen für die Zeitdauer der Prüfungen qualitativ unverändert sind.For all samples, as the percentage of poly-lactic acid increased, the tensile strength decreased before and after simulated ventilation. Incorporation of poly-lactic acid caused faster degradation in blends of polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, and high and low density polyethylene. Presumably, the photochemically effective light as well as the hydrolysis of the polyester decomposes the polymer. The small size of globular, microheterogeneous white districts of the mix are undoubtedly poly-lactic acid, which is the most buried. Therefore, the hydrolysis of the poly-lactic acid proceeds slowly. A faster degradation via hydrolysis can be achieved by regulating the location of the poly-lactic acid. This, in turn, is due to the rheology of the mixture during melt blending. The small size of the dispersed, heterogeneous white districts indicates good compatibility of the blended polymers. In a simulated landfill where light was excluded, the control mixtures and mixtures show much slower degradation rates. On hydrolysis alone, the poly-lactic acid samples slowly turned white while the mixtures were qualitatively unchanged for the duration of the tests.
Im Gegensatz dazu hemmt der Zusatz geringer Mengen nichtabbaubarer Thermoplaste zu Poly-Milchsäure zur Herstellung kompatibler Mischungen unter Verwendung von beispielsweise Polypropylen, Polystyren, Polyethylenterephthalat und Polyethylen hoher und niedriger Dichte die Abbaugeschwindigkeit der Poly-Milchsäure. Ein bevorzugter Bereich für Zusammensetzungen ist 80-99 Ma.-% Poly-Milchsäure.In contrast, the addition of small amounts of non-degradable thermoplastics to poly-lactic acid to make compatible blends using, for example, polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, and high and low density polyethylene inhibits the degradation rate of the poly-lactic acid. A preferred range for compositions is 80-99 wt% poly-lactic acid.
Eine allgemeine Beschreibung der in der Umwelt abbaubaren Zusammensetzung enthält Mischungen eines physikalischen Gemischs aus Poly-Milchsäure (Polylaktid) und einem Polymer, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus einem Polymer von Ethylenterephthalat, einem Polymer oder Copolymer von Styren, Ethylen, Propylen, Vinylchlorid, Vinylazetat, Alkylmethacrylat, Alkylacrylat und deren Mischungen besteht. Weitere mögliche Mischungen der Zusammensetzungen sind nachstehend bei der Behandlung der Vorfahrensbeispiele der Erfindung aufgeführt.A general description of the environmentally degradable composition includes blends of a physical blend of poly-lactic acid (polylactide) and a polymer selected from a group consisting of a polymer of ethylene terephthalate, a polymer or copolymer of styrene, ethylene, propylene, vinyl chloride, Vinyl acetate, alkyl methacrylate, alkyl acrylate and mixtures thereof. Further possible mixtures of the compositions are listed below in the treatment of the Vorfahrenbeispiele of the invention.
Bei den Mischungen wird vorzugsweise ein physikalisches Gemisch aus Poly-Milchsäure der Formel I verwendet, worin η eine ganze Zahl zwischen 75 und 10000 ist und ein Polymer, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Polystyren, Polyethylen, Polyethylenterephthalat sowie Polypropylen und weiter unten behandelten Zusammensetzungen besteht. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist die, bei der die Poly-Milchsäure 6 bis 50Ma.-% der Zusammensetzung enthält. Eine bevorzugte Zusammensetzung hat einen Poly-Milchsäuregehalt von 10-20%.The blends preferably use a physical mixture of poly-lactic acid of formula I wherein η is an integer between 75 and 10,000 and a polymer selected from a group consisting of polystyrene, polyethylene, polyethylene terephthalate and polypropylene and compositions discussed below consists. A preferred composition is that in which the poly-lactic acid contains from 6 to 50% by weight of the composition. A preferred composition has a poly-lactic acid content of 10-20%.
Die aus obiger Gruppe ausgewählten Polymere, die als zugesetztes Polymer genommen wurden, können allein oder in Kombination verwendet werden. Die Gruppe ist nicht auf die oben erwähnten begrenzt, da weitere Polymertypen als mit PolyMilchsäure kompatibel bekannt sind. Diese beinhalten Polymere und Copolymere aus der Gruppe mit Ethylen, Propylen, Styren, Vinylchlorid, Vinylazetat, Alkylmethacrylaten sowie Alkylacrylaten. Es ist darauf zu verweisen, daß der hier verwendete Begriff Copolymere Polymere aus Gemischen der Monomere und der aufgeführten Gruppe einbezieht. Physikalische Gemische der Polymere und Copolymere der obigen Gruppe sind gleichermaßen für die Erfindung anwendbar.The polymers selected from the above group taken as added polymer may be used alone or in combination. The group is not limited to those mentioned above because other types of polymers are known to be compatible with poly (lactic acid). These include polymers and copolymers from the group comprising ethylene, propylene, styrene, vinyl chloride, vinyl acetate, alkyl methacrylates and alkyl acrylates. It is to be understood that the term copolymers as used herein includes polymers of mixtures of the monomers and the group listed. Physical mixtures of the polymers and copolymers of the above group are equally applicable to the invention.
Mit der dritten Ausführungsart wird ferner ein Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung vorgeschlagen. Es beinhaltet die Herstellung einer Poly-Milchsäure, die Auswahl eines Polymers aus einer Gruppe, bestehend aus einem Polymer von Ethylenterephthalat, einem Polymer oder Copolymer von Styren, Ethylen, Propylen, Vinylchlorid, Vinylazetat, Alkylmethacrylat, Alkylacrylat und deren physikalischen Mischungen sowie Mischen der Polymere. Das Mischen kann erfolgen durch Schmelzmischen auf einem Walzwerk oder durch Mischen in einem Extruder oder mittels anderer mechanischer Vorrichtungen. Die hergestellte Poly-Milchsäure hat vorzugsweise die Formel I. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorgeschlagen, das die Bereitstellung eines Laktids, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus D-Laktid, L-Laktid, Meso D,L-Laktid, razemlschen D,L-Laktld und deren Mischungen besteht; die Auswahl eines Polymers aus einer Gruppe, bestehend aus Polymeren oder Copolymeren von Styren, Ethylen, Ethylenterephthalat, Propylen, Vinylchlorid, Vinylazetat, Alkylmethacrylat, Alkylacrylat und deren physikalischen Gemische, beinhaltet. Das ausgewählte Laktid und Polymer werden gemischt und erhitzt, um das Laktid zu schmelzen und um das Polymer mindestens teilweise zu lösen. Letztlich wird das Laktid zu mindestens teilweise polymerisiert, um an erhält oine Mischung aus Polylaktid, nichtpolymerisiertem Laktidmonomer und dem gewählten Polymer. Die Polymerisation wird vorzugsweise an Hand der Kontrolle des verbleibenden Anteils Laktid und durch Unterbrechung der Polymerisation bei dem gewünschten Niveau gesteuert. Falls gewünscht, kann die Polymerisation bis zum Ende geführt werden. Zusätzliches Laktidmonomer, Milchsäure, Laktidollgomer, Milchsäureoligomer und deren Mischungen können in entsprechenden Produktionsmengen als Weichmacher zugegeben werden, um die gewünschten Eigenschaften gemäß der ersten allgemeinen Ausführungsart zu erhalten, den Fachleuten ist klar, daß die Verhältnisse von Poly-Milchsäure und dem zugegebenen Polymer in Abhängigkeit von ihren gegenseitigen Löslichkeiten erheblich variieren können. Die Löslichkeiten schwanken wiederum mit der Intensität des Mischens und der Mischtemperatur. Wenn man sowohl die Poly-Milchsäure als auch das zugegebene Polymer in ein gegenseitiges Lösungsmittel gibt, erhält man eine innige Lösung. Die Verwendung eines Lösungsmittels ist für viele technische Prozesse unpraktisch. Praktischer ist eine physikalische Mischung, z. B. eine Schmelzmischung auf ei.iem Walzwerk oder in einem Extruder. Sie muß allerdings gesteuert werden, damit man eine Innige Mischung erhält, das heißt, es Ist eine höhere Scherung erforderlich, um die gewünschte innige Mischung zu erzielen. Sogar bei einer innigen Mischung brauchen die verschiedenen Polymere nicht kompatibel zu sein, das heißt, sie können sich noch in relativ große heterogene Weiß-Bereiche trennen, z. B. 10 bis 100 Mikron oder darüber. Das führt zu einem „farbigen" Gemisch oder zu einer Mischung mit geringen Eigenschaften. Überraschend ist, daß die Milchsäure sich leicht kompatibel mit sehr vielen anderen Polymeren, inkl. polaren und nichtpolaren Polymeren mischt.The third embodiment also proposes a method for producing the composition. It involves the preparation of a poly-lactic acid, the selection of a polymer from a group consisting of a polymer of ethylene terephthalate, a polymer or copolymer of styrene, ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, alkyl methacrylate, alkyl acrylate and their physical mixtures and blending the polymers , Mixing may be accomplished by melt blending on a rolling mill or by mixing in an extruder or by other mechanical means. The produced poly-lactic acid preferably has the formula I. It is also proposed a method of producing the composition according to the invention which comprises providing a lactide selected from a group consisting of D-lactide, L-lactide, Meso D, L-lactide, racemic D, L-Lactld and mixtures thereof; the selection of a polymer from a group consisting of polymers or copolymers of styrene, ethylene, ethylene terephthalate, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, alkyl methacrylate, alkyl acrylate and their physical mixtures. The selected lactide and polymer are mixed and heated to melt the lactide and at least partially dissolve the polymer. Finally, the lactide is at least partially polymerized to obtain a mixture of polylactide, unpolymerized lactide monomer, and the selected polymer. The polymerization is preferably controlled by controlling the amount of lactide remaining and by interrupting the polymerization at the desired level. If desired, the polymerization can be carried to the end. Additional lactide monomer, lactic acid, lactide tar, lactic acid oligomer and mixtures thereof can be added as plasticizers in appropriate amounts to obtain the desired properties according to the first general embodiment, it will be apparent to those skilled in the art that the ratios of poly-lactic acid and added polymer will vary can vary considerably from their mutual solubilities. The solubilities, in turn, vary with the intensity of the mixing and the mixing temperature. By adding both the poly-lactic acid and the added polymer to a mutual solvent, an intimate solution is obtained. The use of a solvent is impractical for many technical processes. More practical is a physical mixture, eg. B. a melt mixture on ei.iem rolling mill or in an extruder. However, it must be controlled to obtain an intimate mixture, that is, higher shear is required to achieve the desired intimate mixture. Even with an intimate mixture, the various polymers need not be compatible, that is, they can still separate into relatively large heterogeneous white areas, e.g. B. 10 to 100 microns or above. This results in a "colored" mixture or mixture with low properties It is surprising that the lactic acid mixes readily with many other polymers, including polar and non-polar polymers.
Die Temperatur der Schmelzmischung der Poly-Milchsäure mit anderen Polymeren kann zur Einstellung der Verhältnisse der Poly-Milchsäure mit einem oder mehreren zugesetzten Polymeren variiert werden. Bei niedrigeren Temperaturen können die Löslichkeiten nicht adäquat sein, während eine zu hohe Temperatur eine Zersetzung der Mischung verursacht. Ein allgemeiner Temperaturbereich ist 10O-220°C, und der bevorzugte Bereich 130-1800C. Gleichermaßen von Bedeutung sind die Schmelzviskositäten der verschiedenen Polymerkomponenten. Mitzunehmender relativen Molekülmasse nehmen die Viskositäten sehr stark zu. Durch Regulierung der Verhältnisse der Poly-Milchsäure und des zugegebenen Polymers oder der Polymere, der Temperatur, der Mischungsart und -zeit und der relativen Molekülmasse kann man einen breiten Bereich von Mischungen erhalten. So kann beispielsweise der Poly-Milchsäure in das zugegebene Polymer oder die Polymere oder umgekehrt dispergiert werden, und die Größe und Geometrie dar dispergieren Phase variiert erheblich, von diskreten Kugeln zu Bündeln unterschiedlichen Durchmessers oder Längen. Das ergibt einen breiten Bereich der physikalischen Eigenschaften und Abbauzeiten in der Umwelt. Das prozentuale Masseverhältnis der Poly-Milchsäure zu dem ausgewählten Polymer kann zwischen 99:1 bis 1:99 betragen.The temperature of the melt blend of the poly-lactic acid with other polymers may be varied to adjust the ratios of the poly-lactic acid with one or more added polymers. At lower temperatures, the solubilities may not be adequate, while too high a temperature causes decomposition of the mixture. A general temperature range is 10O-220 ° C, and the preferred range 130-180 0 C. Equally important are the melt viscosities of various polymeric components. As the molecular weight increases, the viscosities increase very much. By regulating the ratios of the poly-lactic acid and the added polymer or polymers, the temperature, the type and duration of mixing, and the molecular weight, a wide range of blends can be obtained. For example, the poly-lactic acid can be dispersed into the added polymer or polymers, or vice versa, and the size and geometry of the dispersed phase varies significantly, from discrete spheres to bundles of different diameter or lengths. This results in a wide range of physical properties and degradation times in the environment. The percent mass ratio of the poly-lactic acid to the selected polymer may be between 99: 1 to 1:99.
Wenn das Laktidmonomer zur Lösung des zugegebenen Polymers verwendet und das Laktid anschließend polymerisiert wird, muß die Temperatur beim Mischen und bei der Polymerisation zwischen den gegenseitigen Löslichkeiten und der Reaktivität der Laktide ausgeglichen werden. Höhere Temperaturen ergeben im allgemeinen eine Poly-Milchsäure mit niedrigerer relativer Molekülmasse. Eine weitere Ausführungsart der Erfindung besteht darin, bei einer Temperaturzu mischen und bei einer anderen zu polymerisieren, um Varianten in der Geometrie der diskutierten Phase, wie oben behandelt, zu erhalten. Die hier gewählten Zusammensetzungen können durch Schmelzeherstellung zu brauchbaren Produktionsartikeln mit selbsttragender Struktur verarbeitet werden, wie Wegwerfcontainer, Eßutensilien, Schalen, Platten, Tassen, einzelne Serviceschalen, Spritzen, medizinische Schalen, Verpackungsfolien u. 8. Die Zusammensetzungen sind insofern verwendbar, da sie die Eigenschaften üblicher Plaste haben können und deshalb diese ersetzen und sich dazu noch in der Umwelt abbauen. Die Zusammensetzungen lassen sich speziell für Artikel einsetzen, die nur einmal verwendet werden oder eine kurze Lebensdauer haben, ehe sie weggeworfen werden.When the lactide monomer is used to dissolve the added polymer and the lactide is subsequently polymerized, the temperature during mixing and polymerization must be balanced between the mutual solubilities and the reactivity of the lactides. Higher temperatures generally result in a lower molecular weight poly-lactic acid. Another embodiment of the invention is mixing at one temperature and polymerizing at another to obtain variants in the geometry of the phase being discussed, as discussed above. The compositions chosen herein can be melt-fabricated into useful self-supporting articles such as disposable containers, utensils, trays, plates, cups, individual service dishes, syringes, medical trays, packaging films, and the like. 8. The compositions are useful in that they can have the properties of common plastics and therefore replace them and even degrade in the environment. The compositions are especially useful for articles that are used only once or have a short life before being discarded.
In der vierten Ausführungsart der Erfindung sind solche Schlagfestigkeitsmodifikatoren enthalten, die elastomer und schmelzkompatibel mit Poly-Milchsäure sind. Unter „schmelzkompatibel" versteht man alle jene Polymere, die innig mit Poly-Milchsäure gemischt werden können, wie in der dritten allgemeinen Ausführungsart dargelegt. Das Gemisch ergibt eine im wesentlichen homogene Mischung.Included in the fourth embodiment of the invention are such impact modifiers which are elastomeric and melt compatible with poly-lactic acid. By "melt-compatible" is meant any of those polymers that can be intimately mixed with poly-lactic acid, as set forth in the third general embodiment The mixture gives a substantially homogeneous mixture.
Die hier dargelegten, in der Umwelt abbaubaren Zusammensetzungen sind mindestens teilweise abbaubar, das heißt, daß der Poly-Milchsäureanteil der Zusammensetzung sich im Vergleich zu den stabileren Anteilen der Mischung relativ sehr schnell zersetzt und eine physikalische Verschlechterung des gemischten Materials bewirkt. Wenn beispielsweise die Zusammensetzung innige und homogene Mischungen sind mit kleinen Weiß-Bezirken, zerstört die physikalische Verschlechterung des ursprünglich hergestellten Erzeugnisses. Die hier behandelten Zusammensetzungen liefern umweltseitig akzeptable Materialien, da ihre physikalische Verschlechterung und Zersetzung viel schneller verläuft als bei konventionellen nichtabbaubaren Plasten. Da femer ein größerer Teil der Zusammensetzung Poly-Milchsäure und/oder eine vom Laktid abgeleitete Milchsäure oder ein Oligomer sein wird, verbleibt nur ein kleiner Teil des sich langsam zersetzenden Elastomerrests (z. B. segmentierter Polyester). Dieser Rest hot eine große Oberfläche, und man nimmt an, daß er sich schneller zersetzt als ein massehergestelltes Produkt.The environmentally degradable compositions set forth herein are at least partially degradable, that is, the poly-lactic acid portion of the composition decomposes relatively rapidly relative to the more stable portions of the blend and causes physical deterioration of the blended material. For example, if the composition is intimate and homogeneous mixtures with small white districts, it destroys the physical deterioration of the original product. The compositions herein provide environmentally acceptable materials because their physical degradation and degradation is much faster than conventional non-degradable plastics. Furthermore, since a major portion of the composition will be poly-lactic acid and / or a lactic acid derived lactic acid or an oligomer, only a small portion of the slowly degrading elastomer residue (eg, segmented polyester) will remain. This remainder hot a large surface, and is believed to decompose faster than a mass-produced product.
Die nachstehenden Beispiele zeigen die Mischung von Poly-Milchsäure (PLA) mit einem segmentierten Polyester, Hytrel™, der ein Blockcopolymer harter Kristallsegmente aus Polybutylenterephthalat und weicher, langkettiger Segmente aus Polyetherglycol darstellt. Es wird nachgewiesen, daß Poly-Milchsäure kompatibel mit diesem Elastomer schmilzt, und es wird der Einfluß auf ihre physikalischen Eigenschaften dargestellt.The following examples show the blend of poly-lactic acid (PLA) with a segmented polyester, Hytrel ™, which is a block copolymer of hard polybutylene terephthalate crystal segments and soft, long chain polyether glycol segments. It is proved that poly-lactic acid melts compatible with this elastomer and the influence on its physical properties is shown.
D-Laktid ist ein Dllaktid oder zyklisches Dimer von D-Milchsäure. Analog ist L-Laktid ein zyklisches Dimer von !.-Milchsäure. Meso D.L-Laktld Ist ein zyklisches Dimer von D- und L-Milchsäure. Razemisches D-L-Laktid bestehend aus einer Mischung 50/60 D- u. L-Laktid. Wenn der Begriff „D,L-Laktid" nur hier verwendet wird, so soll Meso D,L-Laktid oder razemisches D.L-Laktid einbezogen sein. Poly-Milchsäure kann man aus einer oder mehrerer oder oben genannten Substanzen herstellen.D-lactide is a dlactate or cyclic dimer of D-lactic acid. Analogously, L-lactide is a cyclic dimer of! .- lactic acid. Meso D.L-Lactld is a cyclic dimer of D- and L-lactic acid. Racemic D-L-lactide consisting of a mixture of 50/60 D and u. L-lactide. If the term "D, L-lactide" is used herein only, then meso D, L-lactide or racemic D.L-lactide should be included Poly-lactic acid can be made from one or more or above mentioned substances.
Ein Polylaktidcopolymer ohne den segmentierten Polyester Hytrel™ wurde unter Anwendung des Verfahrens aue Beispiel 1B der zweiten allgemeinen Ausführungsart dor Serien-Nummer 229.939 hergestellt und auf Schlagfestigkeit nach Izod geprüft. Die Ergebnisse enthält Tabelle 1D. Zum Zwecke eines Vergleichs sind in Tabelle 1B der zweiten allgemeinen Ausführungsart die Schlagfestigkaitswerte nach Izod weitere Mischungsverhältnisse von L-Laktld zu D,L-Laktid zusammengestellt.A polylactide copolymer without the segmented polyester Hytrel ™ was prepared using the procedure of Example 1B of the second general embodiment of Serial No. 229,939 and tested for Izod impact strength. The results are shown in Table 1D. For comparison purposes, in Table 1B of the second general embodiment, Izod impact strength values are further compounded ratios of L-lactide to D, L-lactide.
4056 (DuPont, ein thermoplastisches Elastomer) eingewogen. Dor segmentierte Polyester Hytrel™ 4056 ist ein4056 (DuPont, a thermoplastic elastomer) weighed. Dor segmented polyester Hytrel ™ 4056 is a
octoat in 60ml Toluen und durch Destillieren von 10ml in das Toluen her. Ein Teil von 100 Mikroliter der Katalysatorlösung wird in die Lösung aus Laktid und segmentiertem Polyestor Hytrel™ injiziert. Die Mischung wird unter Stickstoff bei 1550C für etwa 64 Stunden gerührt.octoat in 60ml toluene and by distilling 10ml into the toluene. A portion of 100 microliters of the catalyst solution is injected into the solution of lactide and segmented polyester Hytrel ™. The mixture is stirred under nitrogen at 155 ° C. for about 64 hours.
einer Dicke von 8-9 mil mittels Formpressen bei 1550C hergestellt und die Zugfestigkeiten bestimmt, wie in Tabelle 1D dargestellt.a thickness of 8-9 mils by compression molding at 155 0 C and determined the tensile strengths, as shown in Table 1D.
segmentierten Polyester Hytrel™ und mit den Werten des sogenannten mittelschlagfesten Polystyrene, Beispiel 7 D, verglichen werden.segmented polyester Hytrel ™ and with the values of the so-called medium impact polystyrene, Example 7 D, are compared.
800g L-Laktid und 202,3g razemisches D,L-Laktid werden unter Verwendung von 1,0ml Katalysatorlösung mittels analoger800g of L-lactide and 202.3g of racemic D, L-lactide are prepared using 1.0ml of catalyst solution by means of analogous
klar und farblos. In einer getrennten Polymerisation werden 104,0g L-Laktid unter Verwendung von 100 Mikroliter Katalystaor schmelzpolymerisiert. Das Polymer (L-PLA) ist weiß, kristallin und wird leicht bei Schlag rissig.clear and colorless. In a separate polymerization, 104.0 g of L-lactide are melt polymerized using 100 microliters of catalyst. The polymer (L-PLA) is white, crystalline and easily cracked on impact.
wird von den Walzen entfernt, formgepreßt und wie in Beispiel 2 D geprüft. Die Werte sind in Tabelle 1D dargestellt.is removed from the rolls, compression molded and tested as in Example 2D. The values are shown in Table 1D.
80g Laktidcopolymer von Beispiel 3 D, 10g L-PLA von Beispiel 3D, 10g segmentierter Polyester Hytrel™ 4056 werden wie vorher in Beispiel 3 D beschrieben auf einem Zweiwalzenwerk gemischt. Die Mischung wurde wie vorher geprüft, und die Werte sind in Tabelle 1D enthalten.80g lactide copolymer of Example 3 D, 10g L-PLA of Example 3D, 10g segmented polyester Hytrel ™ 4056 are mixed on a two-roll mill as previously described in Example 3D. The mixture was tested as before and the values are included in Table 1D.
Ferner wurden 100g der Mischung aus Beispiel 3D mit 20g segmentiertem Polyester Hytrel™ 4056 gemischt. Das Gemisch ließ Sich leicht auf der Walze mischen und war offensichtlich sehr kompatibel. Die physikalischen Eigenschaften wurden wie vorher beschrieben bestimmt und in Tabelle 1D zusammengestellt.Further, 100g of the mixture of Example 3D was blended with 20g segmented polyester Hytrel ™ 4056. The mixture was easily mixed on the roller and was obviously very compatible. The physical properties were determined as previously described and summarized in Table 1D.
ergaben signifikant höhere Schlagfestigkeitswerte nach Izod als das Kontioll-Krlstallpolystyren und geringfügig niedrigere oder äquivalente Schlagfestigkeiten im Vergleich zu mittelschlagfestem Polystyren. Fachleute werden erkennen, daß man die Werte der Schlagfestigkeit in Tabelle 1D weiter durch Optimierung des Anteils und der Type des Schlagfestigkeitsmodif ikators verbessern kann.showed significantly higher Izod impact values than Kontioll-Krlstall polystyrene and slightly lower or equivalent impact strengths compared to medium impact polystyrene. Those skilled in the art will recognize that one can further improve the values of impact resistance in Table 1D by optimizing the level and type of impact modifier.
zahlreichen anderen Verbindungen und Thermoplasten mischen kann, gilt das Verfahren der Schlagfestigkeitemodifizierung von Polylaktiden allgemein für Mischungen aus Polylaktiden und Elastomeren, die mischkompatibel sind. Auch werden diefor many other compounds and thermoplastics, the impact modification modification of polylactides generally applies to blends of polylactides and elastomers that are blend compatible. Also, the
nach dem Spritzgußverfahren verarbeitet werden, da das erstere oft eine Orientierung der Prüfproben und infolgedessen eine starke Verbesserung der Schlagfestigkeit hervorruft.be processed by the injection molding process, since the former often causes orientation of the test specimens and consequently a strong improvement in impact resistance.
(a) DuPont Hytrel' 4056, ein thermoplastisches Polyester-Elastomer.(a) DuPont Hytrel '4056, a thermoplastic polyester elastomer.
(b) ASTM D 882,7-16 mil Foliendicke.(b) ASTM D 882.7-16 mil film thickness.
(c) Formgepreßte Prüfproben.(c) Molded test specimens.
(d) Kontrolle 90/10, L-D/L-Laktid-Copolymer.(d) Control 90/10, L-D / L-lactide copolymer.
(e) 91/9, L-D/L-Laktid-Copolymer. '(e) 91/9, L-D / L-lactide copolymer. '
(f) Hytrel" gelSst in Laktidmonomeren vor Polymerisation bei 170'C(f) Hytrel gel dissolved in lactide monomers prior to polymerization at 170 ° C
Ig) 80/20, L-D/L-Laktld-Copolymer. Ig) 80/20, L-D / L-lactal copolymer.
(h) 2-Walzwerkmlschung bei 185-1900C.(h) 2-Walzwerkmlschung at 185-190 0 C.
(I) Kontrolle, Krlstallpolystyren, Schmelzindex 1,7.(I) Control, krystal polystyrene, melt index 1.7.
Die Zusammensetzungen sind brauchbare Thermoplaste, die mittels konventioneller Verfahren, z. B. Extrusion und Formpressen, als Schmelze verarbeitet werden können.The compositions are useful thermoplastics prepared by conventional methods, e.g. B. extrusion and compression molding, can be processed as a melt.
Für die Mischungen wird vorteilhaft ein physikalisches Gemisch aus Poly-Milchsäure der Formel I, worin η eine ganze Zahl zwischen 75 und 10000 ist, sowie ein Polymer verwendet, das aus einem segmentierten Polyester besteht. Als verwendungsfähige Zusammensetzung gilt, wenn die Poly-Milchsäure 50 bis 99Ma.-% der Zusammensetzung beinhaltet. Eine bevorzugte Zusammensetzung besitzt einen Poly-Milchsäuregehalt von 70-80 Ma.-%.For the mixtures, it is advantageous to use a physical mixture of poly-lactic acid of the formula I in which η is an integer between 75 and 10,000, and a polymer which consists of a segmented polyester. A usable composition is when the poly-lactic acid contains 50 to 99% by mass of the composition. A preferred composition has a poly-lactic acid content of 70-80% by weight.
Zwei Ausführungsarten des allgemeinen Verfahrens zur Herstellung der Zusammensetzung beinhalten (1) die Schmelzmischung von PLA mit einem mischungskompatiblen Polymer, das eine verbesserte Schlagfestigkeit hat, z.B. ein segmentlerter Polyester und zweitens die Lösungsmischung während der Polymerisation der PL A wie In Beispiel 2D, wobei segmentierter Polyester Hytrel™ In der PLA gelöst wird. Die vorzugsweise verwendete Milchsäure besitzt die Formel I. Wenn gewünscht, kann Weichmacher in entsprechenden Mengen der Mischung zugesetzt werden, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Laktidmonomeren, Milchsäureoligomeren, Milchsäure und deren Mischungen besteht. Die Zugabe von Weichmacher liefert zusätzlich ausschließlich physikalische Eigenschaften wie in der ersten, zweiten und dritten allgemeinen Ausführungsart oben behandelt. Eine mikroskopische Untersuchung der Mischung segmentierter Polyester Hytrel™/Poly-Milchsäure ergab, daß der segmentiert Polyester Hytrel™ in einer Größe von einigen μ oder darunter in Form kleiner kugelförmiger Weiß-Bereiche vorhanden Ist. Diese Weiß-Bereiche kann man mit Hilfe der Mischbedingungen, z.B. Zeit, Geschwindigkeit der Mischung und Temperatur einstellen. Deshalb muß (müssen) beispielsweise das der Poly-Milchsäure zugegebene Polymer oder die Polymere generell eine kleine heterogene Größe der Weiß-Bereiche unter 10 Mikron aufweisen, und sie können submikroskopisch klein oder in der PolyMilchsäure gelöst sein. Außerdem muß der Schlagfestigkeitsmodifikator elastomer sein.Two embodiments of the general method of making the composition include (1) melt blending of PLA with a blend compatible polymer having improved impact resistance, e.g. a segmented polyester; and secondly, the solution mixture during the polymerization of PL A as in Example 2D, with segmented polyester Hytrel ™ dissolved in the PLA. The preferred lactic acid has the formula I. If desired, plasticizer may be added in appropriate amounts to the mixture selected from the group consisting of lactide monomers, lactic acid oligomers, lactic acid and mixtures thereof. The addition of plasticizer additionally provides only physical properties as treated in the first, second and third general embodiments above. A microscopic examination of the mixture of segmented polyester Hytrel ™ / poly-lactic acid revealed that the segmented polyester Hytrel ™ is present in a size of a few microns or less in the form of small spherical white areas. These white areas can be obtained by means of mixing conditions, e.g. Set time, speed of mixing and temperature. Therefore, for example, the polymer or polymers added to the poly-lactic acid must generally have a small heterogeneous size of the white areas below 10 microns, and may be submicroscopic in size or dissolved in the poly-lactic acid. In addition, the impact modifier must be elastomeric.
Während nicht die Absicht besteht, an einer besonderen Theorie festzuhalten, wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung eine dauerhafte Grundmasse aus Poly-Milchsäure liefert, die innig gemischte mikroskopisch kleine Weiß-Bereiche aus segmentiertem Polyester Hytrel™ besitzt, der als Rißstopper wirkt, da es sich bei letzterem um ein mit Poly-Milchsäure kompatibles thermoplastisches Elastomer handelt.While not wishing to be bound by any particular theory, it is believed that the present invention provides a durable base of poly-lactic acid having intimately mixed microscopic white areas of segmented polyester Hytrel ™, which acts as a crack stopper the latter being a poly-lactic acid compatible thermoplastic elastomer.
Zu diesem Zweck muß der Schlagfestigkeitsmodifikator elastomer und innig in der Milchsäure in Form einer diskreten heterogenen Phase gebunden sein. Das zugegebene Polymer, der Schlagfestigkeitsmodifikator, kann ein thermoplastisches Elastomer oder ein quervernetzter Kautschuk sein, um das elastische Verhalten zu erreichen. Beispiele sind natürlicher Kautschuk und Styren-Butadiencopolymere.For this purpose, the impact modifier must be elastomeric and intimately bonded in the lactic acid in the form of a discrete heterogeneous phase. The added polymer, the impact modifier, may be a thermoplastic elastomer or a crosslinked rubber to achieve the elastic behavior. Examples are natural rubber and styrene-butadiene copolymers.
Bei einer Untersuchung eines fünf Monate in Wasser eingelegten Materials wurde dieses im Vergleich zu Materiel spröde, das nicht dem Wasser ausgesetzt war. Außerdem wurde das Wasser sauer und zeigte dabei eine Aufspaltung der Poly-Milchsäure zu Milchsäure. Es war ferner offensichtlich, daß sich Poly-Milchsäure allein schneller zersetzte als die Mischung aus segmentiertem Polyester Hytrel™/Poly-Milchsäure. Somit kann man auch segmentierten Polyester Hytrel™ verwenden, um die Abbaugeschwindigkeit von Poly-Milchsäure zu verzögern.Examination of a five month water-immersed material made it brittle compared to Materiel, which was not exposed to water. In addition, the water became acidic, showing a splitting of the poly-lactic acid to lactic acid. It was also evident that poly-lactic acid alone decomposed faster than the blend of segmented polyester Hytrel ™ / poly-lactic acid. Thus, one can also use segmented polyester Hytrel ™ to retard the degradation rate of poly-lactic acid.
Zur Verbesserung der Kompatibilität kann man auch eine dritte Komponente zugeben, die mit den anderen, oben diskutierten verträglich Ist. Somit kann man bei geringer Kompatibilität der Poly-Milchsäure und des Schlagfestlgkeitsmodifikators eine dritte Komponente zur Verbesserung der Kompatibilität zusetzen. Diese dritte Komponente wird üblicherweise dort zugegeben, wo sie Individuell mit den anderen beiden verträglich ist und wo die anderen beiden, Poly-Milchsäure und der Schlagfestigkeitsmodifikator nicht sehr verträglich sind. Das funktioniert durch Erhöhung der Grenzflächenbindung zwischen Poly-Milchsäure und dem elastomeren Schlagfestigkeitsmodifikator. Was allerdings überraschend ist, Ist der breite Spielraum bei den anderen Polymertypen, sowohl bei polaren als auch bei nichtpolaren. Das kann auf die dritte allgemeine Ausführungsart bezogen werden. Die hler genannten Zusammensetzungen können mittels Schmelzfabrikation zu brauchbaren Produktionsartikeln verarbeitet werden, z. B. Container, Eßutensilien, Schalen, Platten, Tassen, einzelnen Serviceplatten, Spritzen, medizinischen Schalen u. ä. Die Zusammensetzungen sind besonders für Artikel geeignet, die nur einmal verwendet werden oder eine kurze Lebensdauer haben, ehe sie weggeworfen werden.To improve compatibility, one may also add a third component that is compatible with the others discussed above. Thus, with little compatibility of the poly-lactic acid and the impact modifier, a third component can be added to improve compatibility. This third component is usually added where it is individually compatible with the other two and where the other two, poly-lactic acid and the impact modifier, are not very compatible. This works by increasing the interfacial bond between poly-lactic acid and the elastomeric impact modifier. What is surprising, however, is the wide latitude in the other types of polymers, both polar and nonpolar. This can be related to the third general embodiment. The compositions mentioned hler can be processed by melt fabrication into useful articles of manufacture, for. As containers, Eßutensilien, trays, plates, cups, individual service plates, syringes, medical bowls u. The compositions are particularly suitable for articles which are used only once or have a short life before being discarded.
Während die Erfindung oben unter Bezugnahme auf verschiedene spezifische Beispiele und Ausführungsarten beschrieben wurde, ist daraufhinzuweisen, daß die Erfindung nicht auf solche veranschaulichte Beispiele und Ausführungsarten beschränkt ist und daß sie auf verschiedene Art und Weise innerhalb des Schutzumfanges der anschließend dargelegten Patentansprüche angewendet werden kann.While the invention has been described above with reference to various specific examples and embodiments, it should be understood that the invention is not limited to such illustrated examples and embodiments and that it can be variously applied within the scope of the claims set forth below.
Claims (46)
b) ein Laktidhomopolymer von D-Laktid oder L-Laktid enthält, worin die unorientierte Zusammensetzung eine Zugfestigkeit von mindestens 5000 psi und einen Tangentenmodul von mindestens 200000psi sowie dispergierten Weichmacher hat.wherein η is an integer between 75 and 10,000 and the alpha carbon is a mixture of L and D configurations overweight either D or L moieties and
b) contains a lactide homopolymer of D-lactide or L-lactide, wherein the unoriented composition has a tensile strength of at least 5000 psi and a tangent modulus of at least 200,000 psi as well as dispersed plasticizer.
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