DE2447690A1 - Verfahren zur herstellung von thermoplastischen kunststoffen sowie kunststoffformmassen auf basis von chemisch modifiziertem eiweiss und chemischem weichmachungsmittel - Google Patents
Verfahren zur herstellung von thermoplastischen kunststoffen sowie kunststoffformmassen auf basis von chemisch modifiziertem eiweiss und chemischem weichmachungsmittelInfo
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Description
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
KALLE Niederlassung der Hoechst AG K 2335
Wiesbaden-Biebrich 22. August 1974
WLJ-Dr.Wa-br
Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffen sowie Kunststofformmassen auf Basis von chemisch
modifiziertem Eiweiß und chemischem Weichmachungsmfttei
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Kunststoffs auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß, die Erfindung betrifft ferner »In Verfahren zur Herstellung von weichmacherhalti§en Formmassen,
bestehend aus Kunststoff auf Basis von chemisch »odifiziertem Eiweiß und chemischem Weichmachungsmittel.
Die Erfindung betrifft ferner thermoplastische Kunststoffe aus chemisch modifiziertem Eiweiß sowie weichmacherhaltige
Formmassen, bestehend aus Kunststoff auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß und chemischem Weichmachungsmittel.
Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung von Kunststoff auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß sowie die Verwendung der weichmacherhaitigen Formmasse aus chemisch
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modifiziertem Eiweiß und chemischem Weichmachungsmittel
zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere von Folien und Schläuchen.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung von Formkörpern, insbesondere die Verwendung von Folien und Schläuchen, aus Kunststoffen auf Basis von chemisch modifiziertem
Eiweiß bzw. Formmassen, bestehend aus chemisch modifiziertem Eiweiß und chemischem Weichmachungsmittel.
Das unter der Bezeichnung "Kunsthorn" bekannte Produkt aus Casein und Formaldehyd wird nach einem seit 1904
fast unveränderten Verfahren hergestellt. Danach wird Casein mit Wasser angeteigt, unter Druck bei höheren Temperaturen plastifiziert und danach einer 4 bis 10
Gew.-%igen Formaldehydlösung längere Zeit ausgesetzt. Das Reaktionsprodukt wird dann getrocknet und erhitzt,
wobei eine Verknüpfung der Caseiη-Moleküle über Methylen-Brücken stattfindet. Heute werden nicht unbeachtliche
Mengen Kunsthorn zu Knöpfen, Kämmen, Schmuckartikein;
Schirmgriffen, Klaviertasten und ähnlichem verarbeitet. Das bekannte Kunsthorn hat den Nachteil, daß es relativ
spröde ist und sich durch Zusatz sekundärer Weichmacher nicht dauerhaft weichmachen läßt. Versuche, die Eigenschaft des bekannten Kunsthorns dadurch zu verbessern,
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daß man bei seiner Herstellung Formaldehyd durch Aminoplast-Vorkondensate
ersetzt, führen zu keiner merklichen Verbesserung der Qualität.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, nach dem es in einfacher Weise möglich
ist, einen weichgemachten thermoplastischen Kunststoff
auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß herzustellen,
der gegenüber dem bekannten Kunsthorn den Vorteil hat, dauerhaft weichgemacht zu sein, und das die Nachteile der bekannten
Verfahren vermeidet, die sich dadurch ergeben, daß das nach den bekannten Verfahren plas tifizierte und gepreßte
Casein nur in äußerst unbefriedigender Weise gleichmäßig
mit dem Vernetzungsmittel·zu durchtränken ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Kunststoffs
auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man eine wäßrige alkalische Eiweißlösung mit einer wäßrigen Lösung einer aliphatischen
chemischen Verbindung der allgemeinen Formel
R0-CH=C-CO-N-CH0OH
3 I Z..·
CH-R1
R0-CH=C-CO-N-CH9OH
3 - I 2
R2
R2
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2U7690
in der R1 = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis
18 Kohlenstoffatomen,
R2 = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis
6 Kohlenstoffatomen und
R3 β Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis
3 Kohlenstoffatomen
sind,
mischt, das flüssige Gemisch bei erhöhter Temperatur rührt, danach auf dieses Fällflüssigkeit zur Einwirkung bringt, den
Niederschlag von überschüssiger Flüssigkeit befreit und danach trocknet.
Als bei der Herstellung des Kunststoffs auf Basis von modifiziertem Eiweiß entstehendes "Kunststoff-Zwischenprodukt"
soll nachfolgend ein reaktionsfähiges Eiweiß-Additions-Produkt bezeichnet werden, das durch chemische Addition reaktionsfähiger Gruppen von Eiweißmolekülen an Kohlenstoff-Doppelbindungen tetrafunktionel1 er chemischer aliphatischer
Verbindungen gebildet wird; diese Additionsverbindung wird
nachfolgend "Zwischenprodukt" genannt.
Als tetrafunktionelle chemische Verbindungen sind solche
der allgemeinen Formel -
R^-CH=C-CO-N-CH0OH
3 , 2
CH-R1
RQ-CH=C-CO-N-CH0OH
3 , 2
R2
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in der R, = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
[*2 = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis
6 Kohlenstoffatomen und
ο = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bi
3 Kohlenstoffatomen
sind,
geei gnet.
Insbesondere geeignet ist eine Verbindung der obigen Formel, in der R1, R2 und R3 Wasserstoff bedeuten (N-Methylöl-N ,N'-methylen-bisacrylamid).
Geeignete Weichmachungsmittel sind die als Weichmacher bekannten chemischen Verbindungen, beispielsweise:
Dibutyladipinat, Adi pinsäure-butylenglykolpolyester, Di-nhexylphthalat, ToI uol-sul fomethylamid, Polyvi nylä'ther, Dioctylsebazinat, Dibenzylsebazinat, Phthalsäurediäthylester,
Di-n-butylphthalat, Glycerintriacetat, Hexantrioltriacetat,
Glycerintripropionat, Dicyclohexylphthalat, Polyglykole,
Glycerintriacetat und ähnlich wirkende Verbindungen.
Das Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß man eine
wäßrige alkalische Eiweißlösung herstellt, beispielsweise
eine wäßrige ammoniakalisehe Caseinlösung „ und diese dann
mit der wäßrigen Lösung eines tetrafunktionel1 en Vernetzungsmittels, beispielsweise der wäßrigen Lösung von N-Methylol-Ν,Ν'-methylen-bisacryl amid, mischt und die Mischung
chemisch reagieren läßt. Die Reaktion in der zweiten Reaktionsphase wird durch Zusatz katalytischer Mittel beschleunigt.
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Das Reaktionsprodukt - der Kunststoff auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß - wird dann aus der Reaktionsflüssigkeit
durch Einwirkung von wäßriger Säure ausgefällt. Der ausgefällte Niederschlag wird abgetrennt, beispielsweise durch
Abfiltrieren, und getrocknet, beispielsweise durch Einwirkung
von Warmluft. Das erhaltene Kunststoffpulver wird dann
mit Weichmachungsmittel vermischt und unter Einwirkung von
Wärme und Druck in eine aus Kunststoff auf Basis von modifiziertem Eiweiß und Weichmachungsmittel bestehende Formmasse
übergeführt. Die Durchführung des Verfahrens wird im einzelnen näher erläutert:
Casein wird in Alkalien, vorzugsweise in wäßrigem Ammoniak, gelöst, wobei das Mengenverhältnis von Casein zur konzentrierten
NH4OH 1 : 0,4 und 1 : 1 liegt. Der pH-Wert der Lösung
liegt zwischen 8 und 14, vorzugsweise zwischen 9 und 12. Die Caseiη-Konzentration der Lösung liegt im Bereich
zwischen 3 und 17 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich zwischen
6 und·12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung.
Die Lösung wird in bekannter Weise entschäumt und entgast und unter starkem RUhren schnell mit einer 1 bis 3Q
Gew.-Xigen, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-%igen wäßrigen N-Methylol-N.N'-methylen-bisacrylamid-Lösung
vermischt. Die Mischung hat eine Temperatur im Bereich zwischen 5 und 400C,
vorzugsweise zwischen 20 und 25 C.
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Dazu wird die Menge an N-Methylöl-N ,N'-methylen-bisacrylamid in der Weise gewählt, daß sie zwischen 2 und 7 Gew.-%,
vorzugsweise zwischen 2,5 und 6 Gew.-%, bezogen auf den Caseinanteil in der Lösung liegt. Nach Zugabe der wäßrigen
N-Methylöl-N,N'-methylen-bisacrylamid-Lösung zur ammoniakalischen Caseinlösung wird das Reaktionsgemisch 20 Minuten
bis 2 Stunden bei Zimmertemperatur stehen gelassen, danach mit 5 bis 100 g/1 , vorzugsweise 10 bis 50 g/l, Reaktio'nsgemisch eines Katalysators, wie beispielsweise NH4Cl, MgCl2,
ZnCl2 oder ähnliche versetzt und danach 3 bis 20 Stunden,
vorzugsweise 4 bis 10 Stunden bei 60 bis 9O0C gerührt. Das
Ende der Umsetzung ist daran zu erkennen, daß die Viscosität der Mischung nicht mehr zunimmt. Das Reaktionsprodukt
wird aus der flüssigen Mischung durch Einrühren verdünnter Säuren, beispielsweise Salzsäure, Schwefelsäure, Essigsäure,
in einer Konzentration zwischen 3 und 30 Gew.-5», vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Säure,
ausgefällt, filtriert, gewaschen und bei Zimmertemperatur oder einer Temperatur im Bereich zwischen 30 und 6O0C getrocknet; das thermoplastische Kunststoffpulver kann in an
sich bekannter Weise mittels bekannter Vorrichtungen tür
Verarbeitung von Thermoplasten,"beispielsweise Extrudern,
Kalandern oder Spritzgußmaschinen, zu Formgebilden, wie
beispielsweise Folien oder Schläuchen, verarbeitet werden.
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Danach wird der Kunststoff fein pulverisiert, mit 3 bis
40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, eines bekannten
Kunststoff-Weichmachers, beispielsweise Glycerintriacetat oder Polyglykol , angeteigt und unter Einwirkung von
Wärme und Druck in eine Formmasse übergeführt. Diese Formmasse kann nach Abkühlen in bekannten Vorrichtungen
in Granulatform übergeführt werden. Das Formmasse-Granulat kann in an sich bekannter Weise mit üblichen Vorrichtungen
zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe bzw. Formmassen auf Basis thermoplastischer Kunststoffe verarbeitet
werden, beispielsweise durch Extrudieren, Kalandrieren oder Spritzgießen.
Beispiel 1 «.
80 g Casein (70,3 g reines Milcheiweiß) werden in S€9 ml
Wasser gleichmäßig verteilt, gut gequollen und mit 34 ml konzentrierter NH.OH (25%) in Lösung gebracht. Unter intensivem Rühren werden bei 2O0C 29 ml einer 5%igen (2,8t,
bezogen auf Milcheiweiß) wäßrigen Lösung N-Methylol-N ,N1-methylen-bisacrylamid rasch zugegeben. Nach zweistündigem
Stehen bei Zimmertemperatur wird1die Reaktionslösung, dife
danach eine Kugelfal1viscositat von 110 aufweist, mit
10 g einer 2 Gew.-%igen wäßrigen NH-Cl-Lösung versetzt
und 5 Stunden unter Rühren auf einem Wasserbad bei 700C
erhitzt. Bei dieser Behandlung steigt die Viscosität der
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flüssigen Mischung stark an. Das Reaktionsgemisch wird dann mit so viel Wasser verdünnt, daß es gut gießfähig ist.
Es weist eine gute FaI1viscositat von 160 bei 200C auf.
Unter intensivem Rühren wird die Lösung dann langsam in 700 ml einer 15%igen wäßrigen Schwefelsäure eingegossen,
wobei das modifizierte Casein als schwachgelber Niederschlag ausfällt. Dieser wird abfiltriert» gut mit Wasser
gewaschen, bis das Filtrat neutral reagiert, und getrocknet und danach fein gemahlen. Das Pulver wird dann in
12 Gew.-% Polyglykol 400, bezogen auf das Gewicht des Kunststoffs, angeteigt und in einer Presse unter einem
Druck von 70 atü 30 Minuten bei 14O0C zu einer Platte verpreßt* Das die Platte bildende Material weist eine Dichte
von 1,31 g/cm auf. Die Platte kann in an sich bekannter Weise zu einem Granulat verarbeitet werden. Das Granulat
läßt sich auf bekannten Vorrichtungen zur Verarbeitung
thermoplastischer Massen, beispielsweise mit Hilfe von Extrudern, Kalandern oder Spritzgußmaschinen, in Formkörper,
beispielsweise Folien oder Hohlkörper, überführen.
Der gebildete Kunststoff bzw. die Formmasse aus Kunststoff und Weichmacher hat thermoplastischen Charakter.
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2U769Q - ίο -
Wie nach Beispiel 1, jedoch mit der Abwandlung, daß das Kunststoffpulver mit 20 6ew.-% Glycerintriacetat gemischt
und in einer Preßform unter einem Druck von 30 atü bei einer Temperatur von 1500C während 45 Minuten zu einem geschmeidigen
transparenten Formkörper aus Kunststoff umge-
3 wandelt wird, der eine Dichte von 1,30 g/cm besitzt.
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Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen
Kunststoffs auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige alkalische Eiweißlösung mit einer wäßrigen Lösung einer
aliphatischen chemischen Verbindung der allgemeinen Formel
R0-CH=C-CO-N-CH0OH
3 ι 2
3 ι 2
CH-R1
R0-CH=C-CO-N-CH0OH
3 I 2
3 I 2
R2
in der R, = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
Rp = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 6 Kohlenstoffatomen und
R0 * Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 3 Kohlenstoffatomen
sind,
mischt, das flüssige Gemisch bei erhöhter Temperatur
rührt, danach auf dieses Fäl!flüssigkeit zur Einwirkung
bringt, den Niederschlag von überschüssiger Flüssigkeit befreit und danach trocknet.
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2U7690
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die aliphatische chemische Verbindung N-Methylol-N ,N1-methylen-bisacrylamid
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Eiweiß Casein verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man das flüssige Gemisch bei einer Temperatur im Bereich zwischen 60 bis 9O0C rührt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man das flüssige Gemisch 4 bis 6 Stunden rührt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäl1flüssigkeit eine wäßrige Säure ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Gemisch einen chemischen Vernetzungskatalysator enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das flüssige Gemisch 2,5 bis 6 Gew.-% N-Methylol-N
,N'-methylen-bisacrylamid, bezogen auf das Casein-Gesamtgewicht,
in der Lösung enthält.
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9. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse aus einem
Kunststoff auf Basis von chemisch modifiziertem Eiweiß
und chemischem Weichmachungsmittel, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine wäßrige alkalische Eiweißlösung mit einer wäßrigen Lösung einer aliphatischen
chemischen Verbindung der allgemeinen Formel
R,-CH=C-CO-N-CH0OH 3 ■ I 2
CH-R1
t 1
R3-CH=C-CO-N-CH2OH
R2
in der R, = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
R2 = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 6 Kohlenstoffatomen und
R3 = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 3 Kohlenstoffatomen
sind,
mischt, das flüssige Gemisch bei erhöhter Temperatur rührt, danach auf dieses Fällf1Ussigkeit zur Einwirkung
bringt, den Niederschlag von überschüssiger Flüssigkeit
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befreit und trocknet und danach mit chemischem Weichmachungsmittel
mischt und das Gemisch der Einwirkung von Wärme und Druck aussetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
man als aliphatische chemische Verbindung N-Methylol-N
,N'-methylen-bisacryl ami d wählt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eiweiß Casein ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das chemische Weichmachungsmittel Dibutylphthalat
ist.
13. Folie oder Schlauch aus einem Kunststoff, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
14. Folie oder Schlauch aus einer Formmasse, hergestellt nach einem der Ansprüche 9 bis 12.
15. Verwendung eines Kunststoffs, hergestellt nach Anspruch 1 bis 8, zur Herstellung von Folien oder Schläuchen.
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16. Verwendung einer Kunststofformmasse, hergestellt nach
Anspruch 9 bis 12, zur Herstellung von Folien oder Schi Suchen.
17. Folie oder Schlauch, bestehend aus einer Formmasse, hergestellt
nach einem der Ansprüche 9 bis 12.
18. Kunststoff auf Basis von modifiziertem Eiweiß, dadurch
gekennzeichnet, daß er aus vernetzten chemischen Verbindungen
besteht, die sich durch chemischen Umsatz reaktiver OH-Gruppen von Eiweiß-Additions-Verbindungen
aus Casein und chemischen aliphatischen Verbindungen
der allgemeinen Formel
R0-CH=C-CO-N-CH9OH
3 , 2
3 , 2
CH-R1
R9-CH=C-CO-N-CH0OH
3 , 2
3 , 2
R2
in der R, = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 18 Kohlenstoffatomen,
R2 = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 6 Kohlenstoffatomen und
R3 = Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit
1 bis 3 Kohlenstoffatomen
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sind,
bilden.
bilden.
19. Kunststoff nach Anspruch 18S dadurch gekennzeichnet,
daß die aliphatische chemische Verbindung N-Methylol
N1N'-methy Ten-bis acryl amid ist.
609816/0540
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