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Gegenstand
der Erfindung sind Polymeradditiv-Zusammensetzungen und ihre Verwendung.
Er betrifft insbesondere eine Additiv-Zusammensetzung und ihre Verwendung
zum Zufügen
zu thermoplastischen Formmassen umfassend Polyester, wie zum Beispiel
Polyethylenterephthalat.
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Polyethylenterephthalat
wird in großem
Maßstab
zur Herstellung von Nahrungsmittelverpackungen, wie zum Beispiel
Flaschen, verwendet. Derartige Flaschen werden verbreitet zur Verpackung
von Getränken, wie
zum Beispiel kohlensäurehaltigen
Erfrischungsgetränken,
Bier oder Mineralwasser, verwendet. Während einige Getränkeflaschenabfüller klare,
nicht pigmentierte Flaschen bevorzugen, bevorzugen andere farbige Flaschen.
Insbesondere im Fall von Flaschen, die zum Halten kohlensäurehaltiger
Getränke
beabsichtigt sind, wird eine Sandwich-Konstruktion verwendet, worin
Nylon oder ein Ethylen-/Vinylalkohol-Harz in einen mehrschichtigen
Vorformling mit Polyethylenterephthalat inkorporiert wird, um die
Gasbarriereeigenschaften der Flaschen zu verbessern. Es wurde für den gleichen
Zweck auch die Beimischung eines Polyamids mit dem Polyethylenterephthalat
vorgeschlagen, da die Anwesenheit des Polyamids Gasbarriereeigenschaften
bereitstellt.
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Das
im Allgemeinen zur Herstellung von Flaschen aus Formmassen, umfassend
Polyethylenterephthalat, verwendete Verfahren, beinhaltet im Allgemeinen
ein Zweistufenverfahren. Auf der ersten Stufe werden Granulate der
Formmasse zur Herstellung eines Vorformlings spritzgeformt. Auf
der zweiten Stufe wird der Vorformling in die gewünschte Form
blasgeformt.
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In
einem derartigen Verfahren wird das Polyethylenterephthalat in der
Regel nachkondensiert und besitzt ein Molekulargewicht im Bereich
von ca. 25 000 bis 30 000. Es wurde jedoch auch die Verwendung eines Polyethylenterephthalats
eines Fasergrades vorgeschlagen, das billiger, aber nicht nachkondensiert
ist und ein niedrigeres Molekulargewicht im Bereich von ca. 20 000
besitzt. Es wurde weiter die Verwendung von Copolyestern von Polyethylenterephthalat
vorgeschlagen, welche Wiederholungseinheiten von mindestens 85 Mol-%
Terephthalsäure
und mindestens 85 Mol-% Ethylenglycol enthalten. Dicarbonsäuren, die
zusammen mit Terephthalsäure
eingeschlossen werden können,
werden anhand der Phthalsäure,
Isophthalsäure,
Naphthalen-2,6-dicarbonsäure,
Cyclohexandicarbonsäure,
Cyclohexandiessigsäure,
Diphenyl-4,4'-dicarbonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Azelainsäure und
Sebacinsäure
erläutert.
Andere Diole, die zusätzlich
zum Ethylenglycol in die Copolyester inkorporiert werden können, schließen Diethylenglycol,
Triethylenglycol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Propan-1,3-diol, Butan-1,4-diol,
Pentan-1,5-diol, Hexan-1,6-diol, 3-Methylpentan-2,4-diol, 2-Methylpentan-1,4-diol,
2,2,4-Trimethylpentan-1,3-diol, 2-Ethylhexan-1,3-diol, 2,2-Diethylpropan-1,3-diol,
Hexan-1,3-diol, 1,4-Di(hydroxyethoxy)-benzen, 2,2-Bis-(4-hydroxycyclohexyl)-propan,
2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethyl-cylcobutan, 2,2-Bis-(3-hydroxyethoxyphenyl)-propan
und 2,2-Bis-(4-hydroxypropoxyphenyl)propan ein. In dieser Beschreibung
schließt
der Begriff "Polyethylenterephthalat" nicht nur Polyethylenterephthalat,
sondern auch solche Copolyester ein.
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Wenn
die letzten Endes erhaltene Flasche gefärbt werden soll, ist es üblich, ein
Pigment oder Pigmente mit dem Polyethylenterephthalat-Granulat beizumischen,
das auf den Trichter der Spritzgießmaschine aufgegeben wird,
die zur Herstellung des Flaschenvorformlings verwendet wird. Zu
diesem Zweck können
das Pigment oder das Gemisch aus Pigmenten als ein festes Konzentrat
oder in Pulverform oder als eine Dispersion in einem flüssigen Träger zugefügt werden.
Derartige flüssige
Träger
sind im Allgemeinen inerte Materialien, wie zum Beispiel Kohlenwasserstofföle, Ester,
Alkohole, oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren davon. Jedweder
eines solchen flüssigen
Trägers
muss dergestalt ausgewählt
werden, dass er eine gute Komptabilität mit Polyethylenterephthalat
aufweist, und wenn das Pigment aufgelöst werden soll, auch gute Lösungsmitteleigenschaften
für das
Pigment oder die Pigmente aufweist. Wenn die Formmasse außerdem zur Herstellung
von Nahrungsmittelverpackungen verwendet werden soll, darf der Träger nicht
toxisch sein. Darüber
hinaus sollte die Menge des verwendeten Trägers gegebenenfalls auf einem
Minimum gehalten werden, damit sie sich nicht nachteilig auf die
Eigenschaften des Polyethylenterephthalats in dem Vorformling oder
der Flasche auswirkt.
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Der
Erweichungspunkt des Polyethylenterephthalats ist hoch. Eine typische
Temperatur, die zur Verarbeitung von Polyterephthalat benötigt wird,
liegt folglich im Bereich von 260°C
bis 285°C.
Ein in der Industrie erkanntes Problem besteht darin, dass unter
den hohen Temperaturen und Scherbedingungen, die zum Spritzformen
zur Herstellung eines Vorformlings und zum Blasformen des Vorformling
zur Herstellung einer Flasche benötigt werden, Polyethylenterephthalat
zum Abbau tendiert, was in der Bildung von Acetaldehyd resultiert. Die
Anwesenheit von Acetaldehyd im Material der fertiggestellten Flasche
ist unerwünscht,
insbesondere wenn die Flasche für
Produkte zum menschlichen Verbrauch verwendet werden soll, weil
der Acetaldehyd aus den Wänden
der Verpackung oder Flasche in ihren Inhalt migrieren kann, worauf
er sich nachteilig auf die Geschmacks- und Aromaeigenschaften des
genießbaren
Produkts auswirkt. Obwohl die Migration des Acetaldehyds aus einer
Flasche aus Polyethylenterephthalat in ein kohlensäurehaltiges
Getränk
unerwünscht
ist, kann eine Acetaldehydspur oft toleriert werden, weil der Geschmack
und das Aroma des Getränks
im Allgemeinen nicht merkbar beeinflusst werden. Die Anwesenheit
selbst kleinster Acetaldehydmengen in einem nicht kohlensäurehaltigen
Getränk,
wie zum Beispiel in stillem Mineralwasser, tendiert jedoch dazu,
dem Getränk
einen äußerst unerwünschten
adversen Geschmack und Geruch zu verleihen.
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Verfahren
zur Messung von Acetaldehyd in industriell spritzgeformten Vorformlingen
aus Polyethylenterephthalat wurden von F. Villain et al., Journal
of Polymer Science, Vol. 52, 55–60
(1994), beschrieben.
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Es
wurden von Geräteherstellern
Versuche zur Modifikation des Designs der Verarbeitungsmaschinen dergestalt
unternommen, dass die Intensität
der benötigten
Verarbeitungsbedingungen zur Herstellung der Flaschen-Vorformlinge
und des Blasformens reduziert wurden. Auf diese Weise hofft man,
dass die Bildung von Acetaldehyd im Verlauf der Verarbeitungsbedingungen
bei hohen Temperaturen minimiert werden kann.
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Die
Verwendung von Entgasungsextrudern zum Entfernen flüchtiger
Polymere wurde zum Beispiel in US-Patent Nr. 5,597,891, offenbart,
das ein Verfahren zum Herstellen von Polyester-Artikeln mit reduziertem Acetaldehyd
unter Verwendung eines Spülgases
in einem Entgasungsextruder zur Entfernung von Acetaldehyd lehrt.
US-Patent Nr. 5,102,594 offenbart ein thermoplastisches Kondensationspolymer,
das in Pulverform einem Entgasungsextruder zugeführt wird.
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Im
Schweizer Patent Nr. 655,938 ist ein Verfahren zur Herstellung von
Polyethylenterephthalat mit hohem Molekulargewicht beschrieben,
das weniger als 5 ppm aufgelösten
und gebundenen Acetaldehyd enthält, welches
die Behandlung des Polyethylenterephthalats mit einem reinen Alkohol
oder Alkohol-/Wassergemisch bei einer Temperatur von mindestens
130°C gefolgt
von einer Nachkondensation bei 240°C bis 245°C in einem inerten Gas oder
unter Vakuum beinhaltet.
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Ein
anderer Ansatz, der versucht wurde, besteht in der Verwendung von
Additiven, die mit dem Acetaldehyd, wenn es gebildet wird, reagieren.
Es ist jedoch wichtig, dass sich jedwedes verwendete Additiv nicht nachteilig
auf die Eigenschaften der Flasche oder eines anderen Endprodukts
auswirken sollte. Es ist insbesondere wichtig, kein Material zuzufügen, das
eine unerwünschte
Trübung
oder Farbe verleihen kann. In der Arbeit von F. Villain et al.,
Polymer Degradation und Stability, 49, 1995, 393–397, wurde folglich vorgeschlagen, Additive
in Polyethylenterephthalat zu inkorporieren, um die während des
Spritzgießverfahrens
gebildeten Mengen an Acetaldehyd und Formaldehyd zu minimieren.
Von diesen Autoren wurden verschiedene stabilisierende Additive
getestet, einschließlich
Terephthalsäure,
Phthalimid, Dimethylterephthalat, 4-Hydroxybenzoesäure, 5-Hydroxyisophthalsäure, 3,5-Dihydroxybenzoesäure, Phenylisocyanat,
Phthalsäureanhydrid,
4-Aminobenzoesäure,
Resorcinol und Diphenylamin. Sie berichteten, dass festgestellt
wurde, dass 4-Aminobenzoesäure,
3,5-Dihydroxybenzoesäure
und Diphenylamin, wenn in einer Spritzgießmaschine bei einem Gewichtsprozentanteil
von 1% bezogen auf das Gewicht des Polyethylenterephthalats verwendet,
die wirksamsten Additive unter Laborbedingungen sind. Diese Autoren
postulierten weiter, dass 4-Aminobenzoesäure sowohl als ein Radikalfänger als
auch ein Hydroxylethylkettenblocker wirkt.
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US-Patent
Nr. 5,258,233 beschreibt Polyester-/Polyamidmischungen, die Gasbarriereeigenschaften aufweisen
und durch Reduktion der Acetaldehydkonzentration im Polyester die
Lagerungseigenschaften von Nahrungsmitteln im Vergleich zu zuvor
berichteten Mischungen verbessern. Es wird zu verstehen gegeben, dass
die Verwendung von partial aromatischen Polyamiden mit niedrigem
Molekulargewicht, die ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von
weniger als 15 000 aufweisen oder aliphatische Polyamide mit niedrigem
Molekulargewicht, die ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von
weniger als 7 000 aufweisen, bei der Reduktion von rückständigem Acetaldehyd
in auf Polyethylenterephthalat basierenden Polyestern wirksamer
ist als Polyamide mit hohem Molekulargewicht. Ein mit der Verwendung
eines Polyamids als ein Additiv in Polyethylenterephthalat-Formulierungen
einhergehendes anerkanntes Problem besteht darin, dass es die Verfärbung des Vorformlings
aufgrund des Abbaus während
des Schmelzextrusionsverfahrens verursacht.
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Die
Internationale Patentanmeldung Nr. WO 94/29378 lehrt eine Polyester-/Zeolithbeimischung,
von der zu verstehen gegeben wird, dass sie eine ausgezeichnete
Gasbarriereeigenschaft und eine verbessern Geschmacksbeibehaltungseigenschaft
ebenso wie Klarheit aufweist. Es wird zu verstehen gegeben, dass
das Zufügen
klein- oder mittelporiger Zeolithe in einer kritischen Menge zu
einem Polyester die Konzentration des Acetaldehyds im Polyester
ohne Bildung einer Trübung
reduziert.
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In
dem Internationalen Patent Nr. WO 98/18848 wird ein Verfahren zur
Herstellung formgepresster Artikel vorgeschlagen, umfassend die
Schritte von:
- a) Schmelzreagieren von mindestens
einem Glycol und mindestens einer Dicarbonsäure zur Bildung eines Polyesters
mit einer I. V. (inhärenten
Viskosität)
von mindestens ca. 0,5 dl/g, worin genanntes mindestens eine Glycol
aus der Gruppe ausgewählt
ist, bestehend aus Glycolen mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen und Gemischen
davon, und genannte Dicarbonsäure
aus der Gruppe ausgewählt
ist, bestehend aus Alkyldicarbonsäuren mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen,
Aryldicarbonsäuren
mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen und Gemischen davon in Gegenwart
eines Katalysators, der weitgehend frei von Co-Verbindungen ist;
- b) Zufügen
eines Acetaldehyd-reduzierenden Additivs zu genanntem Polyester
zur Bildung eines Polyesters mit reduziertem Acetaldehyd; und
- c) Bilden des genannten Polyesters mit reduziertem Acetaldehyd
zu geformten Artikeln direkt aus Schritt b.
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Ein
derartiges Verfahren kann folglich als ein "Schmelz-Form"-Verfahren funktionieren. Als Acetaldehyd-reduzierendes
Additiv kann jedwedes Additiv verwendet werden, von dem bekannt
ist, dass es den Acetaldehyd reduziert. Empfohlene Additive für diesen
Zweck schließen
Polyamide, Polyesteramide, Nylon-6 und andere aliphatische Polyamide,
Ethylendiamintetraessigsäure,
alkoxylierte Polyole, Bis(4-β-hydroxyethoxyphenyl)-sulfon,
Zeolith-Verbindungen, 5-Hydroxyphthalsäure, Poly(ethylenisophthalat),
superkritisches Kohlendioxid und protonische Säurekatalysatoren ein. Andere
bekannte Fänger,
wie zum Beispiel Polyethylenimin, können auch verwendet werden.
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Ein
anderer Ansatz, der im US-Patent Nr. 4,361,681 beschrieben ist,
beinhaltet das 'Capping' der Hydroxylendgruppen
von Polyethylenterephthalat mit Anhydriden, wie zum Beispiel Bernsteinsäureanhydrid
oder Phthalsäureanhydrid.
Die Verwendung von Pyromellitsäureanhydrid
zum 'End-Capping' von Polyethylenterephthalat
wurde in US-Patent Nr. 5,243,020 vorgeschlagen.
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Die
Europäische
Patentveröffentlichung
Nr. 0 878 502 A offenbart ein Stabilisatorgemisch zur thermischen
Stabilisierung organischer Polymere, besonders Nahrungsmittelverpackungen,
bestehend aus (1) α-Tocopherol,
(2) einer festen Polyhydroxy-Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist,
bestehend aus Triglycerin, Ditrimethylolpropan, Dipentaerythritol,
Tripentaerythritol, D-Mannitol, D-Sorbitol und Xylitol oder (3)
einem säurebindenden
Material oder einem Gemisch aus Komponenten (2) und (3). Es wird
zu verstehen gegeben, dass es sich unter den Polymeren, die auf
diese Weise thermisch stabilisiert werden können, um Polyester, einschließlich Polyethylenterephthalat
handelt. Es wird jedoch kein experimenteller Beleg bereitgestellt, der
die Verwendung von Polyethylenterephthalat beinhaltet.
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US-Patent
Nr. 5,250,333 schlägt
Polyethylenterephthalat vor, das durch Inkorporation in die Polymerstruktur
eines alkoxylierten Polyols, wie zum Beispiel ethoxyliertes Trimethylolpropan,
modifiziert ist. Das modifizierte Polyethylenterephthalat wird als
mit verbesserter Schmelzfestigkeit und durch Extrusion blasformbar beschrieben,
und es wird zu verstehen gegeben, dass es zur Herstellung von Flaschen
oder Behältern
mit Heißfüllanwendungen
geeignet ist. Es wird zu verstehen gegeben, dass eine reduzierte
Gelbfarbigkeit bereitgestellt wird.
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In
US-Patent Nr. 5,939,516 wird die Herstellung eines modifizierten
Polyethylenterephthalats durch Inkorporation in das Polymermolekül eines
Polyhydroxyl-Kettenverzweigungsmittels, wie zum Beispiel Trimethylolpropan,
Mesoerythritol, Duclitol (Galacticol), Adonitol (Ribitol) oder Pentaerythritol
beschrieben.
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Das
Zufügen
eines Polyamids zur Reduktion der Konzentration von Acetaldehyd
in Flaschen, die aus Polyethylenterephthalat hergestellt sind, wird
in US-Patenten Nr. 5,340,884, 5,650,469 und 4,837,115 gelehrt.
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Die
Herstellung eines Copolyesters durch Polykondensation von Terephthalsäure, Isophthalsäure und einem
Glycol, gefolgt von einer Zweistufen-Wärmebehandlung zur Reduktion
des Acetaldehydgehaltes, wird in US-Patent Nr. 5,864,005 vorgeschlagen.
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Die
Verwendung primärer
und sekundärer
Antioxidanzien zur Reduktion der Acetaldehydmenge, die durch Aussetzen
des Polyethylenterephthalats gegenüber hohen Temperaturen gebildet
wird, wird in US-Patent Nr. 5,874,517 gelehrt. Das Zufügen primärer und
sekundärer
Antioxidanzien zur Reduktion der Gelbildung in Polyethylenterephthalat
wird in US-Patent Nr. 5,874,515 vorgeschlagen.
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US-Patent
Nr. 5,863,964 schlägt
das Zufügen
von DL-α-Tocopherol
zu einer Auskleidungskomponente für einen Behälter für trinkbare Flüssigkeiten
zur Verhinderung von Off-flavours aufgrund des Vorliegens von Aldehyden
in der Flüssigkeit
vor.
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Ein
Stabilisierungssystem wird in US-Patent Nr. 5,844,027 für organisches
Material vorgeschlagen, das gegen thermische, oxidative und/oder
lichtinduzierte Qualitätsminderung
empfindlich ist. Dies schließt α-Tocopherol
ein.
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Es
besteht ein Bedarf an der Bereitstellung eines Polymer-Additivs
zur Inkorporation in Formmassen, welches Polyethylenterephthalat,
einen Copolyester davon oder eine Mischung aus einem von diesen
mit einem Polyamid umfasst, um die während der Verarbeitung solcher
Formmassen gebildete Acetaldehydmenge zu reduzieren.
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Es
besteht weiter ein Bedarf an der Bereitstellung eines Polymer-Additivs,
das nicht zur Verfärbung oder
Trübung
führt,
wenn Polyester-Formmassen, die aus Polyethylenterephthalat oder
einem Copolymer davon bestehen oder es enthalten und die das Polymer-Additiv
enthalten, dem Spritzformen und/oder Blasformen ausgesetzt werden.
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Es
besteht ein noch weiterer Bedarf an der Bereitstellung eines Verfahrens
zur Herstellung aus Formmassen, enthaltend Polyethylenterephthalat,
blasgeformter Artikel, wie zum Beispiel Flaschen und Vorformlinge
davon, die nach der Bildung keine signifikanten Acetaldehydmengen
freisetzen.
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Es
ist eine erfindungsgemäße Aufgabe,
restliche Aldehydanteile in Polyestermaterialien ohne das Auftreten
von Verfärbung
des Materials während
dem Spritzformverfahren zu reduzieren.
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Es
ist erfindungsgemäß ein Polymer-Additiv
zum Zufügen
zu einer thermoplastischen Formmasse vorgesehen, umfassend Polyethylenterephthalat
oder einen Copolyester davon, um auf diese Weise eine Reduktion
der nach der Verarbeitung davon resultierenden Acetaldehyd-Konzentration
zu bewirken, wobei das genannte Polymer-Additiv eine Hydroxylverbindung
umfasst, die aus aliphatischen Hydroxylverbindungen ausgewählt ist,
enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen, aliphatisch-cycloaliphatische
Verbindungen, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen und cycloaliphatische
Hydroxylverbindungen, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen.
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Jedwede
aliphatische Kette in der Hydroxylverbindung kann nicht nur Kohlenstoffatome
einschließen, sondern
auch ein oder mehrere Heteroatom(e), die zum Beispiel aus Stickstoff-,
Sauerstoff- und Schwefelatomen ausgewählt werden können. Jedweder
in der Hydroxylverbindung vorliegende cycloaliphatische Ring kann
monocyclisch oder ein Teil eines bicyclischen oder polycyclischen
Ringsystems sein und kann carbocyclisch oder heterocyclisch sein.
Jedweder in der Hydroxylverbindung vorliegende heterocyclische Ring
kann monocyclisch oder ein Teil eines bicyclischen oder polycyclischen
Ringsystems sein und kann ein oder mehrere Heteroatom(e) einschließen, die
zum Beispiel aus Stickstoff-, Sauerstoff- und Schwefelatomen ausgewählt werden
können.
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Die
Hydroxylverbindungen enthalten bevorzugt von 3 bis ca. 8 Hydroxygruppen.
Sie können
einen oder mehrere Substituenten, wie zum Beispiel Ether, Carbonsäure, Carbonsäureamid
oder Carbonsäureestergruppen
enthalten.
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Bevorzugte
Hydroxylverbindungen schließen
diejenigen ein, die ein Hydroxygruppen-Paar aufweisen, das an die entsprechenden
Kohlenstoffatome, die durch mindestens ein Atom voneinander getrennt
sind, gebunden ist. Besonders bevorzugte Hydroxylverbindungen sind
diejenigen, in denen ein Hydroxygruppen-Paar an entsprechende Kohlenstoffatome,
die durch ein einzelnes Kohlenstoffatom voneinander getrennt sind,
gebunden ist.
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Als
Beispiele geeigneter Hydroxylverbindungen können erwähnt werden: Diole, wie zum
Beispiel Ethylenglycol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol, Butan-1,4-diol,
Pentan-1,5-diol, Hexan-1,2-diol, 2-Methylpentan-2,4-diol, 2,5-Dimethylhexan-2,5-diol,
Cyclohexan-1,2-diol, Cyclohexan-1,1-dimethanol, Diethylenglycol, Triethylenglycol
und Polyethylenglycole mit zum Beispiel einem Molekulargewicht von
ca. 800 bis ca. 2000, wie zum Beispiel Carbowax
TM 1000,
das ein Molekulargewicht von ca. 950 bis ca. 1050 aufweist und von
ca. 20 bis ca. 24 Ethylenoxygruppen pro Molekül enthält; Triole, wie zum Beispiel
Glycerol, Trimethylolpropan, 2,3-Di-(2'-hydroxyethyl)-cyclohexan-1-ol, Hexan-1,2,6-triol,
1,1,1-Tris-(hydroxymethyl)ethan, 3-(2'-Hydroxyethoxy)-propan-1,2-diol, 3-(2'-hydroxypropoxy)-propan-1,2-diol,
2-(2'-Hydroxyethoxy)-hexan-1,2-diol,
6-(2'-Hydroxypropoxy)-hexan-1,2-diol,
1,1,1-Tris-[(2'-hydroxyethoxy)-methyl)-ethan,
1,1,1-Tris-[(2'-hydroxypropoxy)-methyl)-propan, 1,1,1-Tris-(4'-hydroxyphenyl)-ethan,
1,1,1-Tris-(hydroxyphenyl)-propan, 1,1,3-Tris-(dihydroxy-3-methylphenyl)-propan,
1,1,4-Tris-(dihydroxyphenyl)-butan, 1,1,5-Tris-(hydroxyphenyl)-3-methylpentan,
Trimethylolpropanethoxylate der Formel:
worin n eine ganze Zahl darstellt,
oder Trimethylolpropanpropoxylate der Formel:
worin n eine ganze Zahl darstellt,
wie zum Beispiel ein Trimethylolpropanpropoxylat, das ein Molekulargewicht von
ca. 1000 aufweist; Polyole, wie zum Beispiel Pentaerythritol, Dipentaerythritol
und Tripentaerythritol; und Saccharide, wie zum Beispiel Cyclodextrin,
D-Mannose, Glucose, Galactose, Saccharose, Fructose, Xylose, Arabinose,
D-Mannitol, D-Sorbitol, D- oder L-Arabitol, Xylitol, Iditol, Talitol,
Allitol, Altritol, Guilitol, Erythritol, Threitol und D-Gulonsäure-γ-lacton und
dergleichen. Gemische aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen können verwendet
werden. Besonders bevorzugt sind aliphatische Hydroxylverbindungen,
die von 3 bis ca. 8 Hydroxygruppen enthalten.
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Es
ist erfindungsgemäß weiter
eine thermoplastische Formmasse bereitgestellt, umfassend eine Polymer-Komponente,
umfassend Polyethylenterephthalat oder einen Copolyester davon und
eine Menge, die wirksam ist, um die Reduktion der Acetaldehyd-Konzentration
zu bewirken, die sich nach der Verarbeitung davon ergibt, einer
gleichmäßig darin
verteilten Hydroxylverbindung, wobei genannte Hydroxylverbindung
aus aliphatischen Hydroxylverbindungen ausgewählt ist, enthaltend mindestens
zwei Hydroxygruppen, aliphatisch-cylcoaliphatische Verbindungen,
enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen und cycloaliphatische
Hydroxylverbindungen, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen.
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Es
ist erfindungsgemäß auch ein
Verfahren zur Herstellung eines formgepressten Artikels vorgesehen,
das die Bereitstellung einer thermoplastischen Formmasse umfasst,
umfassend eine Polymer-Komponente, umfassend Polyethylenterephthalat
oder einen Copolyester davon mit einer Menge, die wirksam ist, um die
Reduktion der Acetaldehyd-Konzentration zu bewirken, die sich nach
der Verarbeitung davon ergibt, einer gleichmäßig darin verteilten Hydroxylverbindung,
wobei genannte Hydroxylverbindung aus aliphatischen Hydroxylverbindungen
ausgewählt
ist, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen, aliphatisch-cycloaliphatische
Verbindungen, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen, und cycloaliphatische
Hydroxylverbindungen, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen
und Aussetzen der genannten thermoplastischen Formmasse einem Spritzgießschritt,
wodurch ein formgepresster Artikel gebildet wird. Ein derartig formgepresster Artikel
kann ein Vorformling zur Verwendung in einem sich anschließenden Blasformschritt
zum Bilden einer Flasche sein.
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Es
ist erfindungsgemäß auch die
Verwendung einer Hydroxylverbindung vorgesehen, die aus aliphatischen
Hydroxylverbindungen ausgewählt
ist, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen, aliphatisch-cycloaliphatische
Verbindungen, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen, und cycloaliphatische
Hydroxylverbindungen, enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen
als ein Additiv zu einer thermoplastischen Formmasse, umfassend
eine Polymer-Komponente, umfassend Polyethylenterephthalat oder
einen Copolyester davon zur Reduktion der Acetaldehyd-Menge, die
nach dem Aussetzen genannter Formmasse der Schmelzverarbeitung gebildet
wird.
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Unter
Befolgung der erfindungsgemäßen Lehren
ist es möglich,
ein thermoplastisches Polyester-Material mit ausgezeichneter Reduktion
der Aldehyd-Konzentration, ohne Herbeiführung irgendwelcher Verfärbung des
Materials nach der Verarbeitung davon herzustellen. Es ist folglich
möglich,
Vorformlinge und Flaschen von ausgezeichneter Klarheit und fehlender
Trübung
oder Farbe durch Spritzformen einer Polymer-Zusammensetzung, enthaltend
Polyethylenterephthalat oder einen Copolyester davon, optional in
Beimischung mit einem Polyamid, und einer Hydroxylverbindung herzustellen,
ausgewählt
aus aliphatischen Hydroxylverbindungen, enthaltend mindestens zwei
Hydroxygruppen, aliphatisch-cycloaliphatische Verbindungen, enthaltend
mindestens zwei Hydroxygruppen und cycloaliphatische Hydroxylverbindungen,
enthaltend mindestens zwei Hydroxygruppen, um auf diese Weise einen
Vorformling zu bilden und danach Blasformen des resultierenden Vorformlings
zur Bildung einer Flasche, die weitgehend reduzierte Mengen des
freien Acetaldehyds im Vergleich zu Vorformlingen und Flaschen,
denen die zugefügte
aliphatische Hydroxylverbindung mangelt, aufweist.
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Die
Hydroxylverbindung kann in Kombination mit einem Antioxidans verwendet
werden.
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Angesichts
des Bedarfs in der Verpackungsindustrie an Transparenz bei den fertiggestellten
Polyethylenterephthalat-Artikeln, wie zum Beispiel Flaschen, ist
es bevorzugt, Antioxidanzien zu verwenden, die nicht dazu tendieren,
Anlass zu gefärbten
Reaktionsprodukten zu geben. Obwohl Amin-Antioxidanzien weithin
in der Kautschukindustrie verwendet werden, ist die Tatsache, dass
viele von ihnen dazu tendieren, Anlass zu gefärbten Produkten zu geben, im
Allgemeinen folglich kein Problem, weil das Kautschukprodukt häufig mit einem
hoch gefärbten
Füllstoff,
wie zum Beispiel Carbon-Black, gefüllt wird. Amin-Antioxidanzien
sind jedoch im Allgemeinen nicht zur erfindungsgemäßen Verwendung
geeignet, da viele von ihnen dazu neigen, aufgrund der Bildung gefärbter Oxidationsprodukte
eine nicht annehmbare Farbe an jedwedes Produkt zu verleihen, in das
sie inkorporiert sind.
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Das
Antioxidans wird bevorzugt aus gehinderten Phenol-Antioxidanzien,
Phosphit-Antioxidanzien, Phosphonat-Antioxidanzien, Phosphonit-Antioxidanzien,
Phosphat-Antioxidanzien und Lacton-Antioxidanzien ausgewählt.
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Eine
bevorzugte Klasse von Antioxidanzien zur erfindungsgemäßen Verwendung
sind gehinderte Phenol-Antioxidanzien. Derartige Verbindungen enthalten
in der Regel voluminöse
Gruppen, oft tertiäre
Alkylgruppen oder tertiäre
Aralkylgruppen in den 2- und/oder
6-Stellungen des Phenolrings wie auch oft einen 4-Substituenten.
Unter diesen Antioxidanzien können
4-substituierte 2,6-Di-tert.-butylphenole erwähnt werden. Ein besonders bevorzugtes
Beispiel eines solchen Antioxidans stellt α-Tocopherol dar, das die Formel:
aufweist.
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Diese
Verbindung kommt in der Natur vor und ist als Vitamin E bekannt.
Die natürlich
vorkommende Verbindung weist die R,R,R-chirale Konfiguration auf.
Es ist jedoch in synthetischer Form als DL-α-Tocopherol erhältlich.
Bevorzugt wird die synthetische Form DL-α-Tocopherol verwendet. Die synthetische
Form weist 8 Isomere auf, wobei jeweils jedes eine unterschiedliche
chirale Konfiguration aufweist.
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Andere
gehinderte Phenol-Antioxidanzien, die zur erfindungsgemäßen Verwendung
in Erwägung
gezogen werden können,
sind die der allgemeinen Formel:
worin R Wasserstoff,
oder
darstellt.
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Andere
gehinderte Phenol-Antioxidanzien schließen Antioxidanzien ein, enthaltend
eine Isocyanatgruppe der Formel:
worin R
oder
darstellt.
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Ein
anderer Typ eines gehinderten Phenol-Antioxidans, der zur erfindunggemäßen Verwendung
in Erwägung
gezogen werden kann, wird erläutert
durch die Verbindungen der Formel:
worin R
oder
darstellt.
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Ein
noch anderer Typ eines gehinderten Phenol-Antioxidans wird erläutert durch
die Hexahydro-1,3,5-triazin-Verbindung der Formel:
worin R eine Gruppe der Formel:
darstellt.
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Auf
Lacton basierende Antioxidanzien können als Alternative verwendet
werden, wie zum Beispiel das Antioxidans der Formel:
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Phosphit-Antioxidanzien
stellen eine andere Klasse der Antioxidanzien dar, die verwendet
werden können,
wie zum Beispiel diejenigen der Formel:
worin R
oder C
18H
37 darstellt.
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Andere
Phosphit-Antioxidanzien schließen
diejenigen der Formel
P( -OR)3 ein,
worin R eine Gruppe der Formel:
oder
darstellt.
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Erwähnt werden
können
auch Phosphonat-Antioxidanzien der Formel:
worin R sowohl eine Gruppe
der Formel:
als auch diejenigen der Formel:
darstellen, worin R eine
Gruppe der Formel:
oder
darstellt.
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Der
Vorteil der Verwendung von α-Tocopherol
besteht darin, dass es nicht nur ein extrem effizientes Antioxidans
ist, sondern dass es auch nicht toxisch ist. Folglich stellt es
ein extrem geeignetes Material zur Verwendung in einem Verpackungsmaterial
dar, das zur Verpackung von in Flaschen abgefüllten Getränken und anderen Nahrungsmitteln
verwendet werden soll.
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Es
können
gegebenenfalls ein Gemisch aus zwei oder mehreren Antioxidanzien
des gleichen oder unterschiedlichen Typs verwendet werden. So ist
es zum Beispiel möglich,
ein Gemisch aus einem Antioxidans eines gehinderten Phenoltyps und
eines Antioxidans eines Phosphittyps zu verwenden.
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Es
ist bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Polymer-Additiv das Gewichtsverhältnis der
Hydroxylverbindung : flüssigem
Träger
im Bereich von ca. 0,1 : 1 bis ca. 3 : 1 liegt. Dieses Verhältnis liegt
bevorzugt bei von ca. 0,5 : 1 bis ca. 1,5 : 1.
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Die
in der thermoplastischen Formmasse zu verwendende Hydroxylverbindungsmenge
kann innerhalb breiter Grenzen variieren, liegt aber in der Regel
in einem Bereich von ca. 0,0001 Gew.-% bis zu ca. 2 Gew.-% bezogen
auf das Gewicht der Polymerkomponente, d. h. des Polyesters oder
Copolyesters oder der Mischung davon mit einem Polyamid.
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Die
Menge der verwendeten Hydroxylverbindung liegt bevorzugter im Bereich
von ca. 0,01 Gew.-% bis ca. 1 Gew.-% bezogen auf die Polymerkomponente.
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Die
Menge des Antioxidans oder des Gemischs aus Antioxidanzien, wenn
sie in der thermoplastischen Formmasse verwendet wird, kann innerhalb
weiter Grenzen variieren, liegt aber in der Regel in einem Bereich von
ca. 0,0001 Gew.-% bis ca. 2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Polymerkomponente,
d. h. des Polyesters oder Copolyesters oder einer Mischung davon
mit einem Polyamid. Die Menge des verwendeten Antioxidans oder des
Antioxidans-Gemisches liegt bevorzugter im Bereich von ca. 0,01
Gew.-% bis zu ca. 1 Gew.-% bezogen auf die Polymerkomponente.
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Die
erfindungsgemäße Polymer-Additivzusammensetzung
schließt
bevorzugt einen Polymer-kompatiblen organischen flüssigen Träger ein.
Ein derartiger Träger
muss mit dem Polyethylenterephthalat oder dem Copolyester davon
und mit den anderen in die erfindungsgemäße thermoplastische Formmasse
einzuschließenden
Komponenten kompatibel sein. Typische Träger schließen Kohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffgemische,
Alkohole, Ester und Gemische aus zwei oder mehreren davon ein.
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Der
Polyester-kompatible organische flüssige Träger ist bevorzugt ein Vehikel
auf einer Ölbasis.
Beispiele derartiger Vehikel sind die Materialien, die von ColorMatrix
Europe Ltd, von Units 9–11
Unity Grove, Knowsley Business Park, Merseyside, L34 9GT, als ClearslipTM 2 und ClearslipTM 3
verkauft werden.
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Es
ist bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Polymer-Additiv das Gewichtsverhältnis des
Antioxidans : flüssigem
Träger
im Bereich von ca. 0,1 : 1 bis ca. 3 : 1 liegt. Dieses Verhältnis liegt
bevorzugt im Bereich von ca. 0,5 : 1 bis ca. 1,5 : 1.
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Bei
der erfindungsgemäßen praktischen
Ausführung
ist es möglich,
in das Additiv mindestens einen Polyester-kompatiblen Farbstoff
zu inkorporieren.
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Obwohl
in der Regel die Inkorporation der Hydroxylverbindung und der optionalen
Bestandteile, einschließich
jeglicher Antioxidanzien und jeglicher Farbstoffe in die erfindungsgemäße thermoplastische
Formmasse in der Form des erfindungsgemäßen Polymer-Additivs zweckmäßig ist,
ist es als Alternative unter geeigneten Bedingungen möglich, diese
Komponenten dem Polyethylenterephthalat, dem Copolyester davon oder
Beimischungen mit einem Polyamid in unverdünnter Form zuzufügen. In
diesem Fall wird kein organischer flüssiger Träger verwendet.
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Die
Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter erläutert, in
denen, sofern nicht anderweitig angegeben, alle Teile Gewichtsteile
sind.
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Beispiele 1 bis 11
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Eine
Reihe von Polymer-Additivgemischen wurde durch Zusammenmischen der
in Tabelle 1 aufgelisteten Bestandteile im Verhältnis der aufgelisteten Mengen
hergestellt. Jedes Gemisch wurde dann zusammen mit dem angegebenen
Gewicht einer Formmasse aus granulärem Polyethylenterephthalat
(PET) zur Bildung von Flaschen-Vorformlingen mit einem Gewicht von
46,9 g verwendet. Ein Vergleichsvorformling wurde zur gleichen Gelegenheit
unter identischen Bedingungen in jedem Fall hergestellt, außer dass
das zu testende Additivgemisch ausgelassen wurde.
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In
jedem der Beispiele 1 bis 11 wurde der Polyester in Gegenwart des
Additivgemischs in einer Spritzgießmaschine mit zwei Hohlräumen unter
Verwendung einer Formtemperatur von 283°C, einer Zylindertemperatur
von 278°C
am Düsenende
und 275°C
im Rest des Zylinders, einem Spritzdruck von 100 bar und einer Zykluszeit
von 38,5 s extrudiert.
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Der
Acetaldehydgehalt der resultierenden Vorformlinge wurden anhand
des von F. Villain et al., Journal of Polymer Science, Vol. 52,
55–60
(1994), beschriebenen Flüssigchromatographie-/Headspace-Gaschromatographieverfahrens
bestimmt.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 ersichtlich.
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Anmerkungen
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- U-626
- ist ein Bis-phosphit
von Pentaerythritol mit der Formel:
- ClearslipTM 2
- ist ein Träger auf Ölbasis,
der von ColorMatrix Europe Ltd., Units 9–11 Unity Grove, Knowsley Business
Park, Merseyside, L34 9GT, erhältlich
ist.
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Beispiele 12 und 13
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In
diesen Beispielen wurde das gleiche allgemeine Verfahren wie in
Beispielen 1 bis 11 befolgt, außer dass
Trimethylolpropan durch Dipentaerythritol (DPE) bzw. Tripentaerythritol
(TPE) ersetzt wurde. Das Ergebnis ist in der nachstehenden Tabelle
2 ersichtlich.
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Beispiele 14 bis 16
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Es
wurde das gleiche allgemeine Verfahren wie in Beispielen 1 bis 11
befolgt, außer
dass die Flaschen-Vorformlinge, die je 28 g wogen, unter Verwendung
einer kommerziellen Spritzformmaschine mit 48 Hohlräumen extrudiert
wurde. Der Spritzdruck betrug 100 bar, während die Zylindertemperatur
im Bereich von 295°C
an ihrem Düsenende
bis 285°C
an ihrem Einlassende, wobei die intermediären Teile des Zylinders bei 279°C lagen.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 3 ersichtlich.
Die Beispiele 14 und 15 verwendeten ClearslipTM 2,
während
Beispiel 16 ClearslipTM 3 verwendete.
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Beispiele 17 bis 20
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In
diesen Beispielen wurden zur Herstellung von Flaschen-Vorformlingen
unter Bedingungen ähnlich denen,
die in Bezug auf Beispiele 14 bis 16 beschrieben wurden, verschiedene
kommerzielle Spritzgießmaschinen
verwendet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 4 zusammengefasst.
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Beispiele 21 bis 35
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In
diesen Beispielen wurde das gleiche allgemeine Verfahren wie in
Beispielen 1 bis 11 verwendet.
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Die
Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 5 ersichtlich.
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Beispiel 36
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Ein
farbiges Additiv wurde durch Mischen der folgenden Bestandteile
hergestellt:
53,50% | ClearslipTM 2 |
40,00% | Dipentaerythritol |
1,00% | DL-α-Tocopherol |
1,50% | Lösungsmittel
Blau 104 |
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Dieses
Additiv wurde in einer Menge von 0,25 Gew.-% bezogen auf den Flaschen-Vorformling,
wie in Beispiel 1 beschrieben, in Flaschen-Vorformlinge inkorporiert.
Die Flaschen wurden aus solchen Vorformlingen blasgeformt. Es wurden
gute Ergebnisse erhalten.