DE4234305A1

DE4234305A1 - Kompostierbarer Schmelzklebstoff

Info

Publication number: DE4234305A1
Application number: DE4234305A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Chem Dr Grigat
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1994-04-14

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung thermoplastisch verarbeitbarer Copoly(ester-amide) als kompostierbarer Schmelzklebstoff, insbesondere als Hot melt-Folie, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Copoly(ester-amide) aus aliphatischen Estern sowie Amid segmenten bestehen und die Estersegmente einen Anteil von 80 Gew.-% bis 95 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt menge, haben, und ein mittleres Molekulargewicht von 15 000 bis 500 000, vorzugsweise 25 000 bis 300 000 auf weisen.

Hintergrund der Erfindung

Lösungsmittelfreie Klebstoffsysteme werden in zunehmen dem Male zum umweltverträglichen Verkleben von verschie densten Materialien eingesetzt. Nach der neuen Ver packungsverordnung müssen ab Mitte 1995 80% der Ver packungsmaterialien recycelt werden. Ein grobes Hinder nis für das Recycling besteht in den zugesetzten Fremd stoffen, zu denen auch die Klebstoffanteile gehören.

Als stoffliches Recycling hat der Gesetzgeber die Ent sorgung durch Kompostierung ausdrücklich zugelassen (Verpack VO). Diese bietet sich besonders bei Verbund verpackungen für kleine Verkaufsmengen an, bei denen jeder einzelne Bestandteil einschließlich möglicher Füllgutreste kompostierbar ist (beispielsweise ein Blister aus biologisch abbaubarem Kunststoff auf Pappe). Vorteilhaft läßt sich ein solcher Verbund durch ein Klebesystem, vor allem Schmelzklebesystem, zusammen fügen, das sich problemlos mitkompostieren läßt. Die vorliegende Erfindung bietet die technische Realisierung eines solchen Klebstoffsystems an.

Stand der Technik

Die biologische Abbaubarkeit und die Herstellung der ge nannten Copoly(ester-amide) ist bekannt (LeA 28921). Sie sollen als Folienmaterialien zur Verwendung als kompos tierbare Verpackungen eingesetzt werden. Eine Verwendung als Schmelzklebstoff wird nicht gelehrt.

Die Herstellung von Poly(ester-amiden) durch Umsetzung von säureterminierten aliphatischen Esterprepolymeren mit aromatischen Diisocyanaten ist bekannt (siehe bei spielsweise US 4129715, EP 0275988). Eine biologische Abbaubarkeit dieser Materialien oder eine Verwendung als Schmelzklebstoff wird nicht gelehrt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung thermoplastisch verarbeitbarer Copoly(ester-amide) als kompostierbarer Schmelzklebstoff, insbesondere als Hot melt-Folie zur Verklebung flexibler Teile wie beispiels weise Stoffen, Leder oder Papieren, dadurch gekennzeich net, daß die genannten Copoly(ester-amide) aus aliphati schen Estern sowie Amidsegmenten bestehen und die Ester segmente einen Anteil von 80 Gew.-% bis 95 Gew.-%, bezo gen auf die Gesamtmenge, haben und ein mittleres Mole kulargewicht von 15 000 bis 500 000, vorzugsweise 25 000 bis 300 000 aufweisen.

Die Estersegmente der erfindungsgemäße verwendbaren Poly(ester-amide) bestehen aus Oligoestern mit mehreren, bevorzugt zwei, COOH-Endgruppen mit Mn (Zahlenmittel) von 600 bis 2000, bevorzugt 800 bis 1300, die beispiels weise durch literaturbekannte Umsetzungen wie beispiels weise die Schmelzkondensation in Anwesenheit von Kataly satoren oder vorzugsweise katalysatorfrei aus mehrwerti gen, vorzugsweise zweiwertigen und gegebenenfalls zu sätzlich dreiwertigen Alkoholen mit mehrwertigen, vor zugsweise zweiwertigen und gegebenenfalls zusätzlich dreiwertigen Carbonsäuren hergestellt wurden. Anstelle der freien Carbonsäuren können auch die entsprechenden Carbonsäurechloride, Carbonsäureanhydride oder Carbon säureester niederer Alkohole zur Herstellung dieser Oligoester verwendet werden.

Die mehrwertigen Alkohole können aliphatischer oder cycloaliphatischer, bevorzugt linearer aliphatischer Natur sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: Ethylenglykol, Propylenglykol-1,3-Butandiol-1,4, Pentan diol-1,5 und Hexandiol-1,6.

Die mehrwertigen Dicarbonsäuren können aliphatischer oder cycloaliphatischer, bevorzugt linearer aliphati scher Natur sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: Bernsteinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und bevorzugt Adipinsäure.

Durch die Wahl des definierten Säureüberschusses wird der Gehalt an Carboxyl-Endgruppen und damit das "mitt lere Molgewicht" vorgegeben. Dieses ist durch Bestim mung der "Säurezahl" ermittelbar.

Die Hartsegmente der erfindungsgemäßen Copolymere be stehen aus Amidsegmenten aus Säureendgruppen der Oligo ester durch Umsetzung mit aliphatischen oder cycloali phatischen mehrfach, bevorzugt zweifach, funktionali sierten Isocyanaten, die eine Molmasse bis 1000 besitzen können, bevorzugt jedoch hydriertes MDI oder hydriertes Isophorondiisocyanat oder besonders bevorzugt Hexa methylendiisocyanat.

Die erfindungsgemäße Eigenschaft der Kompostierbarkeit wird wie folgt definiert:

Die zu testenden Polymere werden in einem Flüssigmedium nach ASTM G22 (Zusammensetzung Tab. 1) mit einer Mi schung von Mikroorganismen aus Gartenkompost unter Schwenken (220 upm) und Luftzutritt bei 37°C inkubiert. Hierzu wird ca. 1 g des Polymeren in mehreren cm² -großen Stücken in 250 ml Nährsalz-Lösung in 1 l Erlenmeyerkol ben mit 2 ml einer Suspension von 10 g Gartenkompost in 100 ml Nährsalzlösung beimpft. Aus der Kompostsuspension werden vorher grobe Teile über ein Feinsieb abgetrennt. Der Trockensubstanz(TS)-Gehalt der Animpfmenge beträgt dann ca. 50 mg. Als Kontrolle zur Messung des abioti schen Gewichtsverlusts der Polymerprobe wird ein Ansatz mit HgCl₂ (500 mg/l) versetzt. Weitere Kontrollansätze enthalten Cellulose (4 g/l, Typ DP 500, Fa. Wolff Wals rode) zur Überprüfung des Wachstums mit einem natürli chen Substrat bzw. werden ohne Zusatz einer C-Quelle zur Bestimmung des Hintergrundwachstums und der TS-Ab nahme des Inokulums angesetzt.

KH₂PO₄\|0,7 g
K₂HPO₄	0,7 g
MgSO₄7H₂O	0,7 g
NH₄NO₃	1,0 g
NaCl	0,005 g
FeSO₄7H₂O	0,002 g
znSO₄zH₂O	0,002 g
MnSO4H₂O	0,001 g
H₂O dest.	1000,0 ml

Tabelle 1: Zusammensetzung der Nährsalzlösung nach ASTM G22

Zur Bestimmung des TS-Gehaltes der wasserunlöslichen An teile (Polymer bzw. Polymerreste, Biomasse und Inokulum) wird der gesamte Inhalt eines Kolbens abzentrifugiert, einmal in 0,05 M Phosphatpuffer gewaschen und der unlös liche Rest bei 80°C mindestens 48 h getrocknet. In Parallelkolben wird die Biomasse und das reine Inokulum bestimmt. Durch Subtraktion dieser Meßgrößen kann der Anteil der Polymerreste errechnet werden.

Zur Messung der Biomasse wird ebenfalls der gesamte In halt eines Kolbens aufgearbeitet. Hierzu wird eine Modi fizierung der Adenosintriphosphat (ATP)-Bestimmung der Firma Lumac-3M verwendet: 10 Minuten nach der Zugabe des Reaktivreagenzes (Lumac) werden 2,5 ml einer 33%igen Tetrabutylammonium-hydroxydlösung zugegeben. Dies führt zu einer vollständigen ATP-Freisetzung aus der gesamten Biomasse innerhalb von 30 Sekunden. Nach dieser Zeit kann der ATP-Gehalt mit der üblichen Luciferin/Luci ferase-Reaktion nach Angaben von Lumac bestimmt werden. Zur Korrelation des ATP-Gehaltes mit der Trockensubstanz wird eine 24 h-Kultur von Kl. planticola mitgemessen, deren ATPITS-Verhältnis vorher bestimmt wird.

Als gut kompostierbar im erfindungsgemäßen Sinn werden alle Proben bezeichnet, die unter den oben genannten Bedingungen innerhalb von maximal zwei Wochen ein Bio massewachstum auf dem Polymeren von mindestens 30 mg/l ermöglichen.

Nicht kompostierbar im erfindungsgemäßen Sinn sind Pro ben, die unter den oben genannten Bedingungen innerhalb von maximal 2 Wochen ein Biomassewachstum von höchstens 5 mg/l ermöglichen.

Die erfindungsgemäß als Schmelzklebstoff verwendbaren Poly(ester-amide) können ebenfalls mit üblichen Additi ven wie beispielsweise Weichmachern, Viskositätsverbes serern, Haftfähigkeitsverbesserern, Schlagzähmodifika toren, Flammschutzmitteln, Hydrophobierungsmitteln, Nukleierungsmitteln und/oder anderen Mitteln ausgerüstet werden, wobei darauf zu achten ist, daß die Kompostier barkeit nicht beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäß als Schmelzklebstoff verwendbaren Poly(ester-amide) können alleine, oder mit den genannten Additiven versetzt, mit üblichen Füllstoffen gefüllt werden, wobei auch hierbei darauf zu achten ist, daß die Kompostierbarkeit nicht beeinträchtigt wird.

Beispiele Beispiel 1

100.3 g eines Oligoesters aus Ethylenglykol und Adipin säure im Molverhältnis 5 : 6 mit der Säurezahl 91 wird unter Stickstoffatmosphäre auf 200°C erhitzt. Dazu gibt man 14,1 g Hexamethylendiisocyanat so zu, daß das gebil dete CO₂ entweichen kann. Nach dem Ende der Zugabe läßt man noch 15 Minuten nachrühren und gießt den Ansatz zum Erkalten in eine geeignete Form. Man erhielt ein Mate rial mit einer relativen Viskosität (0,5%ig in m- Kresol) von η_rel = 1.436.

Das Biomassewachstum betrug nach zwei Wochen unter den im Text beschriebenen Bedingungen 41 mg/l.

Zur Überprüfung der Klebefähigkeit als Hot-melt-Folie erfolgte ein Test nach DIN 53 273, Abschn. 5.3. Gemessen wurde die Temperatur, bei der eine definierte Ablösung der verklebten Schichten beobachtet wird. Diese Tempera tur entspricht der anderer, als Handelsprodukte verfüg barer Hot-melt-Folien.

Claims

1. Verwendung thermoplastisch verarbeitbarer Copoly- (ester-amide) als kompostierbarer Schmelzklebstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Copoly(ester-amide) aus aliphatischen Estern sowie Amidsegmenten mit zwei Amidgruppen bestehen und die Estersegmente einen Anteil von 80 Gew.-% bis 95 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge, haben, und ein mittleres Mole kulargewicht von 15 000 bis 500 000, vorzugsweise 25 000 bis 300 000 aufweisen.

2. Kompostierbare Schmelzklebstoffe nach Anspruch 1, versetzt mit üblichen Additiven wie beispielsweise Weichmachern, Viskositätsverbesserern, Haftfähig keitsverbesserern, Schlagzähmodifikatoren, Flamm schutzmitteln, Hydrophobierungsmitteln, Nukleie rungsmitteln und/oder Füllstoffen.

3. Verfahren zur Herstellung kompostierbarer Gegen stände wie beispielsweise Verpackungen, Sargaus kleidungen, Blumengebinden durch Verkleben mit kompostierbarem Schmelzklebstoff nach Ansprüchen 1 und 2.