DE69025903T2

DE69025903T2 - Biodesintegrierbarer thermoplastischer Harzschaumstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69025903T2
Application number: DE69025903T
Authority: DE
Inventors: Akira Iwamoto; Yutaka Tokiwa
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; JSP Corp
Current assignee: JSP Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: BE1003797A3; EP0437961A3; CA2032822C; EP0437961B1; US5110838A; EP0437961A2; JPH03199245A; JPH0588896B2; CA2032822A1; US5116880A; DE69025903D1

Description

AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft einen biologisch abbaubaren Thermoplastschaumstoff und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen biologisch abbaubaren Thermoplastschaumstoff, der ein Mischharz aus einem durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz und einem nicht durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz umfaßt und eine spezifische scheinbare Dichte aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Schaumstoffs, das das Schmelzkneten des Mischharzes und eines Treibmittels bei hoher Temperatur und hohem Druck und das Zuführen der gekneteten Mischung zu einer Zone mit niedrigem Druck zur Gewinnung eines Schaumstoffs mit einer spezifischen scheinbaren Dichte umfaßt.

2. Darlegung des Standes der Technik:

Im Zusammenhang mit der Abfallbewältigung besteht in Europa und Amerika seit einigen Jahren eine Tendenz zum Verbot bzw. zur Beschränkung des Einsatzes von Kunststoffen. Vor allem in den USA werden derzeit biologisch abbaubare Kunststoffe in die Praxis eingeführt, bei denen es sich um Kunststoffe handelt, in die Stärke eingearbeitet ist. Die Zersetzung der Kunststoffe wird in diesem Fall durch den chemischen Abbau der in den Kunststoffen enthaltenen Stärke durch Mikroorganismen erreicht. Derartige biologisch abbaubare Kunststoffe sind beispielsweise aus USP 4016 117, USP 4021 388, USP 4 133 784 und USP 4 337 181 bekannt. Wird jedoch nur eine geringe Stärkemenge in die Kunststoffe eingemischt, findet der erwünschte Abbau nicht statt. Ist hingegen ein hoher Stärkeanteil in den Kunststoffen enthalten, so werden diese mit Sicherheit abgebaut, doch da die enthaltene Stärke körnig ist und keine Plastizität aufweist, sind die entstehenden Erzeugnisse wie Harzfolien gewöhnlichen Kunststoffen ohne Stärkegehalt im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften und die sekundäre Verarbeitungsfähigkeit, wie die Warmformeignung beim Vakuumformen, Formstanzen, Ziehformen usw. zu Behältern oder ähnlichen Erzeugnissen, unterlegen. Außerdem beschränkt sich der Einsatz solcher biologisch abbaubaren Kunststoffe auf die Herstellung von Folien oder Beuteln, die keiner umfangreichen Nachbehandlung bedürfen.
Insgesamt ist festzustellen, daß alle bekannten herkömmlichen biologisch abbaubaren Harze bezüglich der mechanischen Eigenschaften nicht an reine Harzkomponenten heranreichen und daß sie sich kaum zu Formteilen verarbeiten lassen.
Aufgrund der genannten Umstände besteht ein umfangreicher Bedarf an neuartigen biologisch abbaubaren Kunststoffen, die einerseits die Zersetzung durch Mikroorganismen zulassen und andererseits die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Warmformeignung durch Einmischen einer durch Mikroorganismen abbaubaren Substanz verhindern.

ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen biologisch abbaubaren Thermoplastschaumstoff bereitzustellen, der die Nachteile der bekannten biologisch abbaubaren Harze überwindet, die sich in Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung des Harzes aufgrund der Verschlechterung seiner mechanischen Eigenschaften zeigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen biologisch abbaubaren Thermplastschaumstoff zur Verfügung zu stellen, der aus einem Mischharz besteht, das sich aus einem durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz und einem nicht durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz in einem spezifischen Verhältnis zusammensetzt, und der eine spezifische scheinbare Dichte aufweist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Thermoplastschaumstoffs zur Verfügung zu stellen, das das Schmelzkneten des Mischharzes und eines Treibmittels bei hoher Temperatur und hohem Druck und das Zuführen der gekneteten Mischung zu einer Zone mit niedrigem Druck umfaßt.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung des biologisch abbaubaren Thermoplastschaumstoffs für die Herstellung von Formteilen.
Im Ergebnis umfangreicher Forschungsarbeiten der Erfinder zur Entwicklung eines neuartigen biologisch abbaubaren Harzes, das nicht mit den Nachteilen der Harze der bekannten technischen Lösungen behaftet ist, wurde nunmehr festgestellt, daß ein Schaumstoff mit einer spezifischen Zellwanddicke der einzelnen den Schaumstoff bildenden Zellen und mit einer spezifischen scheinbaren Dichte, der aus einem Mischharz hergestellt wird, das aus einem durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz und einem nicht durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harz besteht, eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit bei guten mechanischen Eigenschaften aufweist. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nach einer Ausführung der Erfindung wird ein Thermoplastschaumstoff bereitgestellt, der als Trägerharz ein Mischharz aus 5-40 Masse-% eines thermoplastischen Harzes, das unter Polykondensaten einer aliphatischen Dicarbonsäure mit einem aliphatischen Diol, Polykondensaten einer aliphatischen Hydroxycarbonsäure, ringoffenen Polykondensaten aus einem Lacton und Polyvinylalkohol ausgewählt wird, und 95-60 Masse-% eines Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatischen Polyesterharzes sowie wahlweise bis zu 80 Masseteile eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes umfaßt, wobei die einzelnen den Schaumstoff bildenden Zellen eine durchschnittliche Zellwanddicke von 1-100 µm entsprechend der Messung nach dem unter nachstehender Anmerkung 1 beschriebenen Verfahren aufweisen und der Schaumstoff eine scheinbare Dichte von 0,5 g/cm³ oder weniger besitzt.
Nach einer Variante der oben beschriebenen Ausführung wird ein Thermoplastschaumstoff zur Verfügung gestellt, bei dem in das Mischharz 5-80 Masseteile eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile Mischharz eingearbeitet sind.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Thermoplastschaumstoffs zur Verfügung gestellt, das das Schmelzkneten eines Mischharzes aus 5-40 Masse-% eines thermoplastischen Harzes, das unter Polykondensaten einer aliphatischen Dicarbonsäure mit einem aliphatischen Diol, Polykondensaten einer aliphatischen Hydroxycarbonsäure, ringoffenen Polykondensaten aus einem Lacton und Polyvinylalkohol ausgewählt wird, und 95-60 Masse-% eines Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatischen Polyesterharzes sowie eines gasförmigen oder im Normalzustand flüssigen Treibmittels und wahlweise bis zu 80 Masseteilen eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Mischharzes und unter erhöhtem Druck sowie das anschließende Zuführen der gekneteten Mischung zu einer Zone geringeren Drucks zur Gewinnung des Thermoplastschaumstoffs umfaßt.
Nach einer Variante der vorstehenden Ausführung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Thermoplastschaumstoffs zur Verfügung gestellt, bei dem in das Mischharz 5-80 Masseteile Füllstoff bezogen auf 100 Masseteile Mischharz eingearbeitet werden.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß der Schaumstoff aus einem Mischharz besteht, das sich aus einem thermoplastischen Harz und einem Polystyrol- Polyolefin- Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlord- oder aromatischen Polyesterharz zusammensetzt, die in einem spezifischen Verhältnis gemischt sind.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß der Schaumstoff eine scheinbare Dichte von 0,5 g/cm³ oder weniger aufweist und eine interzellulare Struktur besitzt und daß die einzelnen Zellen eine durchschnittliche Wanddicke von 1-100 µm haben.
Bei dem thermoplastischen Harz (nachstehend einfach als Harz A bezeichnet) handelt es sich um ein bekanntes herkömmliches Harz. Spezifische Beispiele für den aliphatischen Polyester sind unter anderem Adipinsäureester von Ethylenglycol und Homopolymere oder Copolymere, die von Propiolacton, Caprolacton und β-Hydroxybuttersäure abgeleitet wurden. Alle diese Polymere können durch Einwirkung von Mikroorganismen hydrolysiert werden.
Als Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatisches Polyesterharz (nachstehend einfach als Harz B bezeichnet) kommen verschiedene bekannte herkömmliche Harze in Frage. So setzt sich das Polystyrolharz wie folgt zusammen: aus Styrol als Hauptkomponente sowie Styrolhomopolymer und einem Copolymer aus Styrol mit einem damit copolymerisierbaren Vinylmonomer; einem Copolymer oder einer Polystyrolmischung als Hauptkomponente und einem Polymer der Kautschukreihe, das im allgemeinen als hochschlagfestes Polystyrol bezeichnet wird; und einem Copolymer aus Styrol und einem Monomer der Dienreihe. Das hochschlagfeste Polystyrol kommt vorzugsweise zum Einsatz, weil es die Flexibilität und Elastizität des entstehenden Schaumstoffs fördert. Bei dem Polyolefin kann es sich um Polyethylen, Polypropylen, Propylen-Ethylen-Copolymer, Polybuten oder Propylen-Buten-Copolymer handeln. Als aromatisches Polyesterharz kann Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat verwendet werden.
Ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, ein halogenierter Kohlenwasserstoff und ein Flon- Gas mit mindestens einem Wasserstoffatom im Molekül werden einzeln oder in Form eines Gemischs als Treibmittel verwendet. Spezifische Beispiele für den aliphatischen Kohlenwasserstoff sind Propan, n-Butan, Isobutan, Pentan, Isopentan und ähnliche niedere Kohlenwasserstoffe. Als halogenierte Kohlenwasserstoffe lassen sich Chlor- und Bromaustauschverbindungen dieser aliphatischen Kohlenwasserstoffe anführen. Beispiele für ein Flon-Gas mit mindestens einem Wasserstoffatom im Molekül sind Chlordifluormethan, Trifluormethan, 1,2,2,2-Tetrafluorethan, 1 -Chlor-1,1 -difluorethan, 1,1 - Difluorethan und 1-Chlor-1,2,2,2-tetrafluorethan. Beim Einsatz eines solchen Treibmittels ist darauf zu achten, daß sein Siedepunkt (unter 1 atm) unter 80 ºC liegen muß. Treibmittel mit einem Siedepunkt über 80 ºC weisen eine unzureichende Schäumfähigkeit auf, so daß ihre Verwendung nicht wirtschaftlich ist. Insbesondere eignen sich Treibmittel, deren Siedepunkt im Bereich von -20 ºC bis 20 ºC liegt.
Das Verhältnis von Harz A zu Harz B sieht bei der vorliegenden Erfindung so aus, daß Harz A mit 5-40 Masse-%, vorzugsweise 10-30 Masse-%, und Harz B mit 95-60 Masse-%, vorzugsweise 90-70 Masse-%, an der Gesamtmasse der beiden Harze beteiligt ist. Liegt der Anteil von Harz A unter dem obengenannten Bereich, ist kaum mit der biologisch Abbaubarkeit des Schaumstoffs zu rechnen. Liegt der Harz-A-Anteil hingegen über diesem Bereich, gestaltet sich das Pressen der Harzmischung einschließlich des Schäumens schwierig. Der Anteil des Treibmittels beträgt 1-60 Masseteile, vorzugsweise 2-50 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes, d.h. die Gesamtmasse von Harz A und Harz B, und wird entsprechend der Dichte des gewünschten Schaumstoffs festgelegt.
Zum Schäumen und Formen des Mischharzes können verschiedene bekannte herkömmliche Verfahren, die im folgenden aufgeführt sind, angewendet werden.

(1) Extrusions-Schäum- und -Formverfahren

Ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Formteils, das das Schmelzkneten eines Treibmittels, des Mischharzes und eines wahlweisen Zusatzstoffs in einem Extruder und das anschließende Extrudieren der gekneteten Mischung unter niedrigem Druck durch ein am Vorderende des Extruders befindliches Werkzeug umfaßt.
Bei diesem Verfahren wird das Mischharz je nach Verwendungszweck zu einer Feinfolie, Folie oder Platte extrudiert. Das als Feinfohe oder Folie vorliegende Erzeugnis wird dann unter Erwärmen zu einem Beutel oder Behälter weiterverarbeitet.

(2) Extrusions-Schäum- und -Formverfahren mit Speicher:

Ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Formteils, das das Schmelzkneten eines Treibmittels, des Mischharzes und eines wahlweisen Zusatzmittels in einem Extruder, das Bereithalten der gekneteten Mischung in einem Speicher unter schäumungsfreien Bedingungen und das anschließende Austragen der Mischung unter niedrigem Druck aus dem Speicher umfaßt.
Die Mischung wird gewöhnlich in Plattenform extrudiert und anschließend zu einer geeigneten Form weiterverarbeitet.

(3) Spritzgieß- und Schäumverfahren:

Ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Formteils, das das Schmelzkneten eines Treibmittels, des Mischharzes und eines Zusatzmittels in einem Extruder und das anschließende Spritzgießen der gekneteten Mischung durch ein am Vorderende des Extruders angebrachtes Metallwerkzeug einer gewünschten Form umfaßt.
Auf diese Weise erhält man Formteile. die der Innenform des Metallwerkzeugs entsprechen.

(4) Teilchenschäumverfahren:

Ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffkügelchen, das das Einbringen von Mischharzteilchen, eines wäßrigen Mediums und eines wahlweisen Zusatzstoffs in einen Autoklaven. das Verrühren des Gemischs mit einem Treibmittel bei einer hohen Temperatur unter hohem Druck zur Imprägnierung der Harzteilchen mit dem Treibmittel und das anschließende Austragen der Harzteilchen aus dem Autoklaven bei der Schäumtemperatur der Teilchen unter einem niedrigen Druck umfaßt, oder ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffkügelchen, das das Imprägnieren der Harzteilchen mit einem Treibmittel und das anschließende Einspeisen in eine Vorschäummaschine umfaßt, in der die Teilchen zur Herstellung von Schaumstoffkügeichen mit Dampf erhitzt werden.
Die entstehenden Schaumstoffkügelchen werden anschließend in einer Form zu einem Schaumstoffpolstermaterial, einem Behälter oder einem ähnlichen Erzeugnis gepreßt.
Um den sich durch eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit auszeichnenden erfindungsgemäßen Schaumstoff zu gewinnen, muß in dem fertigen Schaumstoff eine ausreichende Schaumstruktur erhalten bleiben. Im Rahmen ihrer Untersuchungen haben die Erfinder festgestellt, daß ein Schaumstoff mit einer ausgezeichneten biologischen Abbaubarkeit entsteht, wenn seine scheinbare Dichte auf 0,5 g/cm³ oder einen darunter liegenden Wert, vorzugsweise 0,3-0,01 g/cm³ begrenzt wird und wenn die durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen, aus denen der Schaumstoff besteht, auf 1-100 µm begrenzt wird. Liegt die scheinbare Dichte des Schaumstoffs über 0,5 g/cm³, weist er keine sehr gute biologische Abbaubarkeit auf. Unterschreitet die Zellwanddicke der Zellen hingegen 1 µm, so ergeben sich bei der Weiterverarbeitung verschiedene Probleme, weil der Anteil der miteinander in Verbindung stehenden Zellen in der interzellularen Struktur sehr hoch ist. Beispielsweise kann es bei der Weiterverarbeitung passieren, daß beim Formpressen von Folien unter Erwärmung Fehler auftreten oder daß bei der Herstellung von Formteilen aus Schaumstoffkügelchen Hohlräume zwischen den Kügelchen entstehen.
Die Dichte des Schaumstoffs und die Zellwanddicke der einzelnen Zellen lassen sich leicht durch die verwendete Treibmittelmenge und auch durch die eingesetzte Menge eines sogenannten Nukleierungsmittels verändern. Beispiele für das Nukleierungsmittel sind anorganische Substanzen wie Talk, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Ton, natürliche Kieselsäure, Bentonit, Feldspat, Ruß, Weißruß, Shirasu und Gips; Substanzen, die durch Abbau bei einer bestimmten Temperatur im Extruder ein Gas entwickeln, wie Natriumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat, Azidverbindungen, Azobisisobutyronitril, Diazoaminobenzen, Benzensulfonylhydrazid, oder eine Kombination aus einer Säure und einem Alkali, die bei einer bestimmten Temperatur zusammen in dem Extruder reagieren und Kohlendioxid bilden können, wie ein Monoalkalisalz von Citronensäure und ein Alkalimetallsalz von Kohlensäure, ein Monoalkalimetallsalz von Citronensäure und ein Alkalimetallhydrogencarbonat oder ein ähnliches chemisches Treibmittel.
Beim Einsatz der obengenannten anorganischen Substanz als Nukleierungsmittel werden 0,01-5 Masseteile bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes verwendet. Wird das obengenannte chemische Treibmittel als Nukleierungsmittel eingesetzt, so werden davon 0,05-5 Masseteile verwendet.
Bei der vorliegenden Erfindung wird in das für die Schaumstoffherstellung verwendete Mischharz am besten ein Füllstoff in Form der obengenannten anorganischen Substanz in einer Menge eingearbeitet, die 5-80 Masseteile bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes ausmacht. Ein hoher Füllstoffgehalt des aus dem Mischharz hergestellten Schaumstoffs fördert die biologische Abbaubarkeit. Wird ein besonders hoher Füllstoffanteil verwendet, kommen vorzugsweise das obengenannte Extrusions-Schäumund -Formverfahren, das Extrusions-Schäum- und -Formverfahren mit Speicher und das Spritzgieß- und Schäumverfahren als Methoden zum Verschäumen und Formpressen des Mischharzes zur Anwendung.
Bei der vorliegenden Erfindung kann dem Mischharz erforderlichenfalls ein schrumpfungshemmendes Mittel zugesetzt werden, um den raschen Treibmittelaustritt aus dem Mischharzschaumstoff zu verhindern und damit die Schrumpfung des Schaumstoffs zu hemmen. Als schrumpfungshemmende Mittel lassen sich beispielsweise Polyoxyethylenmonomyristat, Polyoxypropylenmonomyristat. Polyoxyethylenmonopalmitat, Polyoxypropylenmonopalmitat, Polyoxyethylenmonostearat, Polyoxypropylenmonostearat, Polyoxyethylendistearat, Monolaurinsäureglycerid, Monomyristinsäureglycerid, Monopalmitinsäureglycerid, Monostearinsäureglycerid, Monoarachinsäureglycerid. Dialursäureglycerid, Dipaimitinsäureglycerid, Distearinsäureglycerid, 1-Palmito-2- stearinsäureglycerid, 1-Stearo-2-myristinsäureglycerid, Tristearinsäureglycerid und ähnliche aliphatische Ester anführen. Ein schrumpfungshemmendes Mittel wird vorzugsweise verwendet, wenn ein Polyolefinharz als Harz B zum Einsatz kommt.
Der erfindungsgemäße Schaumstoff zeichnet sich durch eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit, insbesondere durch im Boden lebende Mikroorganismen aus. Diese biologische Abbaubarkeit gründet sich auf eine spezifische Schaumstruktur und auf den Einsatz eines durch Mikroorganismen abbaubaren thermoplastischen Harzes in der Harzmischung. Formteile, die zwar die gleiche Harzzusammensetzung wie die der vorliegenden Erfindung, aber nicht die spezifische Schaumstruktur oder gar eine ungeschäumte Struktur besitzen, weisen nicht diese gute biologische Abbaubarkeit auf.
Der erfindungsgemäße biologisch abbaubare Thermoplastschaumstoff wird nach seiner Ablagerung in einer Umgebung, in der Mikroorganismen existieren, leicht zersetzt, so daß er beträchtlich an Volumen verliert. Somit leistet die Erfindung einen wirksamen Beitrag zur Lösung der Probleme im Zusammenhang mit der Behandlung von Kunststoffabfällen. Selbst wenn der Schaumstoff auf einer Deponie entsorgt und keiner Rückgewinnung zugeführt wird, erfolgt ein rascher Abbau durch Mikroorganismen, ohne daß giftige Stoffe entstehen, so daß von dem Schaumstoff keine Gefährdung für das Leben von Pflanzen und Tieren ausgeht. Außerdem besteht noch der zusätzliche Vorteil, daß der Füllstoffgehalt den biologischen Abbau des Schaumstoffs fördert.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher veranschaulicht werden. Bei den angegebenen Teilen handelt es sich um Masseteile.

Beispiele 1-4, Vergleichsbeispiele 1-4:

100 Masseteile eines Mischharzes mit einer Zusammensetzung entsprechend Tabelle 1, in das ein Nukleierungsmittel entsprechend Tabelle 1 in einer ebenfalls in Tabelle 1 angebenen Menge und Butan (n-Butan:Isobutan im Verhältnis 7:3) als Treibmittel in einer Menge gemäß Tabelle 1 eingearbeitet waren, wurden unter einem Druck von 190 kg/cm³ (Überdruck) in einem Extruder mit einem Durchsatz von 50 kg/Stunde schmelzgeknetet. Die schmelzgeknetete Masse wurde dann bei einer Temperatur (Schäumtemperatur) entsprechend Tabelle 1 unter atmosphärischem Druck durch ein am Vorderende des Extruders montiertes ringförmiges Werkzeug in Schlauchform extrudiert, und der stranggepreßte Schlauch wurde in Extrusionsrichtung geschnitten, so daß eine Schaumstoffohe mit einer Dicke von 2,5 mm entstand. Der Schaumzustand des entstandenen Schaumstoffs wurde beobachtet, und seine scheinbare Dichte, die durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen sowie die biologische Abbaubarkeit wurden gemessen. Die Ergebnisse der Beobachtungen und Messungen sind in Tabelle 1 enthalten.

Beispiele 5-7:

Eine Schaumstoffole wurde entsprechend der Beschreibung für die Beispiele 1-4 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß als Nukleierungsmittel nicht Talk verwendet wurde und daß das Calciumcarbonat als anorganischer Füllstoff in einer Menge von 5 (Beispiel 5), 40 (Beispiel 6) und 75 (Beispiel 7) Masseteilen, bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes, in das Mischharz eingearbeitet wurde. An der entstandenen Schaumstoffohe wurden die gleichen Beobachtungen und Messungen vorgenommen wie bei den Beispielen 1-4, und die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 enthalten.

Vergleichsbeispiel 5:

Die Verschäumung wurde auf die gleiche Weise durchgeführt wie bei Beispiel 7, jedoch mit dem Unterschied, daß 85 Masseteile Calciumcarbonat verwendet wurden. Die entstandene Schaumstoffolie wurde den gleichen Beobachtungen und Messungen unterzogen wie bei den Beispielen 1-4, und das Ergebnis ist ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Harzmischung Nukleierungsmittel Butanmenge (Teile) Schäumtemperatur (ºC) Harz Sorte Menge (Masse-%) Mange (Teile) Talk Tabelle 1 (Fortsetzung) Biologische Abbaubarkeit (ppm)2 Schaumstoffzustand Dichte (g/cm³) Durchschnittliche Zellwanddicke (µm)1 Nach einer Reaktions zeit von 8 h Nach einer Reaktions zeit von 16 h

Anmerkungen:

1 Messung der durchschnittlichen Zellwanddicke der einzelnen Zellen:

Die Schaumstoffolie wurde an einem beliebigen Abschnitt in Dickenrichtung zerschnitten, fünf beliebige Stellen der Schnittfläche wurden ausgewählt, und die Wanddicke der Zellen wurde an diesen Punkten gemessen. Bei dem in der Tabelle angegebenen Wert handelt es sich um den Durchschnitt der fünf Meßwerte.
Für den Meßvorgang kam eine MOS Farbfilmkamera OV 100 (Olympus KK, Japan) zum Einsatz, die an einem Lichtmikroskop, Modell BH-2 (vom gleichen Unternehmen wie die Kamera) montiert war, wobei die Dicke anhand des auf einem Monitor angezeigten Abbildes mittels eines Video-Mikroimpulszählers, Modell IV-550 (Hoei KK, Japan), gemessen wurde.

2 Prüfung der biologischen Abbaubarkeit:

In einen 100-ml-Erlenmeyerkolben wurden gegeben: 0,6 ml einer Lipaselösung mit einem solchen Faktor, daß sich in einer Minute 220 pmol Fettsäuren aus Olivenöl bilden können, 2 ml einer pH-Puffer-Lösung (pH 7), 1 ml oberflächenaktives Mittel, 16,4 ml Wasser und die Probe (100 mg Harz-A-Gehalt in der Probe). Man ließ das Gemisch 16 Stunden bei 30 ºC reagieren, und die nach Abschluß der Reaktion gebildete organische Gesamtsubstanz wurde als organischer Gesamtkohlenstoff (Monomer und Oligomere, die Polycaprolacton bilden) gemessen. Zur Kontrolle der Abbaugeschwindigkeit des Harzes wurde die Gesamtmenge der wasserlöslichen organischen Substanz nach achtstündiger Reaktionszeit des Gemischs gemessen. Als Kontrollprüfung wurde das Experiment in der gleichen Weise durchgeführt, wobei jedoch keine Lipaselösung verwendet wurde, und die Meßwerte wurden anhand der Kontrollprüfung berichtigt.
Die in Tabelle 1 verwendeten Abkürzungen stehen für die folgenden Harze:
PCL: Polycaprolacton (Dichte: 1,05 g/cm³, Zahlenmittel der relativen Molekülmasse: 70000)
PS: Polystyrol (Dichte: 1,05 g/cm³, Zahlenmittel der relativen Molekülmasse: 250000)
LDPE: Polyethylen niedriger Dichte (Dichte: 0,920 g/cm³, Zahlenmittel der relativen Molekülmasse: 100000)
Die in Tabelle 1 verwendeten Symbole A und B für das Schäumverhältnis haben die folgende Bedeutung:
A: Hoher Anteil geschlossener Zellen; guter Oberflächenzustand
B: Geringer Anteil geschlossener Zellen; Oberfläche zeigt eine Reihe von konkav-konvexen Stellen.
Wie die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse zeigen, weist der erfindungsgemäße Schaumstoff eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit auf. Dagegen fallen Schaumstoffqualität und biologische Abbaubarkeit bei den Schaumstoffen der Vergleichsbeispiele schlechter aus. Beispielsweise ist die biologische Abbaubarkeit bei Vergleichsbeispiel 1, bei dem der Harz-A-Anteil unter 5 Masse-% liegt, deutlich schlechter. Bei Vergleichsbeispiel 2. bei dem der Harz-A-Anteil über 40 Masse-% liegt, ist wiederum die Qualität des Schaumstoffs beeinträchtigt. Nimmt das Schäumverhältnis ab oder wird die durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen größer wie bei Vergleichsbeispiel 3, verschlechtert sich die biologische Abbaubarkeit des Schaumstoffs. Werden die Zellwände hingegen dünner, verschlechtert sich die Schaumstoffqualität, da der Anteil der miteinander in Verbindung stehenden Zellen der interzellularen Struktur wächst, wie es bei Vergleichsbeispiel 4 der Fall ist. Die biologische Abbaubarkeit verbessert sich, wenn dem Mischharz wie bei den Beispielen 5-7 eine große Füllstoffmenge zugesetzt wird. Wird der Füllstoffanteil aber wie bei Vergleichsbeispiel 5 zu hoch, weist der entstehende Schaumstoff eine schlechte Qualität auf.
Dementsprechend kommen für das Verhältnis von Harz A zu Harz B, das Verhältnis zwischen Füllstoff und Mischharz, die scheinbare Dichte des Schaumstoffs und die durchschnittliche Zellwanddicke der einzelnen Zellen spezifisch begrenzte Werte entsprechend den anhängigen Patentansprüchen in Betracht.
Es versteht sich, daß die vorstehenden repräsentativen Beispiele innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Beschreibung im Hinblick auf die Reaktionspartner wie auch die Reaktionsbedingungen von einem Fachmann verändert und dabei im wesentlichen die gleichen Resultate erzielt werden können.
Da vielfältige unterschiedliche Ausführungen dieser Erfindung möglich sind, ohne daß dadurch von ihrem Schutzumfang und Grundgedanken abgewichen wird, ist davon auszugehen, daß die Erfindung - außer im Rahmen der Festlegungen in den anhängigen Ansprüchen - nicht auf eine spezifische Ausführung beschränkt ist.

Claims

1. Ein Thermoplastschaumstoff, der als Trägerharz ein Mischharz aus 5-40 Masse-% eines thermoplastischen Harzes, das unter Polykondensaten einer aliphatischen Dicarbonsäure mit einem aliphatischen Diol, Polykondensaten einer aliphatischen Hydroxycarbonsäure, ringoffenen Polykondensaten aus einem Lacton und Polyvinylalkohol ausgewählt wird, und 95-60 Masse-% eines Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatischen Polyesterharzes, sowie wahlweise bis zu 80 Masseteile eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes umfaßt, wobei die einzelnen den Schaumstoff bildenden Zellen eine durchschnittliche Zellwandstärke von 1-100 µm entsprechend der Messung nach dem unter nachstehender Anmerkung 1 der Beschreibung aufgeführten Verfahren aufweisen und der Schaumstoff eine scheinbare Dichte von 0,5 g/cm³ oder weniger besitzt.

2. Ein Thermoplastschaumstoff nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Harz unter Adipinsäureestern von Ethylenglycol und Homopolymeren oder Copolymeren ausgewählt wird, die von Propiolacton, Caprolacton und β-Hydroxybuttersäure abgeleitet wurden.

3. Ein Thermoplastschaumstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schaumstoff eine scheinbare Dichte von 0,3-0,01 g/cm³ aufweist.

4. Ein Thermoplastschaumstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei in das Mischharz 5-80 Masseteile eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes eingearbeitet werden.

5. Ein Verfahren zur Herstellung eines Thermoplastschaumstoffs nach Anspruch 1, 2 oder 3, das das Schmelzkneten eines Mischharzes aus 5-40 Masse-% eines thermoplastischen Harzes, das unter Polykondensaten einer aliphatischen Dicarbonsäure mit einem aliphatischen Diol, Polykondensaten einer aliphatischen Hydroxycarbonsäure, ringoffenen Polykondensaten aus einem Lacton und Polyvinylalkohol ausgewählt wird, und 95-60 Masse-% eines Polystyrol-, Polyolefin-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlond- oder aromatischen Polyesterharzes sowie eines gasförmigen oder im Normalzustand flüssigen Treibmittels und wahlweise bis zu 80 Masseteilen eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Mischharzes und unter erhöhtem Druck sowie das anschließende Zuführen der gekneteten Mischung zu einer Zone geringeren Drucks zur Gewinnung des Thermoplastschaumstoffs umfaßt.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, wobei in das Mischharz 50-80 Masseteile eines Füllstoffs bezogen auf 100 Masseteile des Mischharzes eingearbeitet werden, so daß ein Schaumstoff gemäß Anspruch 4 entsteht.