DE69513864T2 - Verwendung von Polyketon /HDPE Mischungen - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung bestimmter Polyketone zur Verbesserung der Sauerstoff- und/oder Kohlenwasserstoff-Sperreigenschaften von hochdichtem Polyethylen (HDPE). Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung von HDPE zur Verbesserung der Wassersperreigenschaften bestimmter Polyketone.
- Für diese Erfindung werden Polyketone als lineare Polymere mit einer alternierenden Struktur von (a) Einheiten, abgeleitet von Kohlenmonoxid, und (b) Einheiten, abgeleitet von einer oder mehreren olefinisch ungesättigten Verbindungen, definiert. Obwohl für dieses Patent Polyketone dieser idealisierten Struktur entsprechen, wäre es denkbar, daß Materialien, die dieser Struktur hauptsächlich entsprechen, jedoch kleine Bereiche (d. h. bis zu 10 Gewichtsprozent) des entsprechenden Homopolymers oder Copolymers, abgeleitet von der olefinisch ungesättigten Verbindung enthalten, ebenfalls in die Definition fallen.
- Solche Polyketone weisen die Formel
- auf, worin die Gruppen R unabhängig Wasserstoff- oder Kohlenwasserstoffgruppen sind und m eine große ganze Zahl ist; sie werden in verschiedenen Patenten, beispielsweise US-A-3 694 412 offenbart. Verfahren zur Herstellung der Polyketone werden in US-A-3 694 412 und ebenfalls in EP-A-181 014 und EP-A-121 965 offenbart.
- Polyketone können in einer Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise zum Verpacken, verwendet werden. Es ist im Fall der Polymere, die in einigen Verpackungsanwendungen verwendet werden, von Bedeutung, die Sperreigenschaften des Polymers zu verbessern. EP-A-90 554, Du Pont, offenbart Gemische von Polyolefinen und Kondensationspolymeren mit verbesserten Sperreigenschaften. Jedoch gibt es keinen Hinweis in EP-A-90 554, daß die Sperreigenschaften der Polyketone durch Vermischen mit anderen Polymeren verbessert werden können.
- Wir haben nun gefunden, daß die Sperreigenschaften (beispielsweise Sauerstoff, Wasser und Kohlenwasserstoff) von Polyketonen und HDPE durch Vermischen von Polyketon mit HDPE wesentlich verbessert werden können. Insbesondere kann die Wasserdampfdurchgangsrate in Polyketonen (WVTR) deutlich vermindert werden. Polymergemische von Polyethylen und Polyketon sind bekannt. Insbesondere offenbart EP-A-392 759 die Verwendung von Polyketonen zur Steigerung der Photoabbaubarkeit von thermischen Polymeren, einschließlich Polyethylen. In diesem Fall jedoch war die bestimmte Art des in den Polymergemischen verwendeten Polyethylens niederdichtes Polyethylen mit einer Dichte von etwa 0,92 g/cm³. Zusätzlich gab es keinen Hinweis in EP-A-392 759, daß solche Gemische erhöhte Sperreigenschaften aufweisen würden.
- Somit verwendet die vorliegende Erfindung ein Polymergemisch, das ein Polyketon und ein hochdichtes Polyethylen, gegebenenfalls gepfropft mit mindestens einer polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Polycarbonsäure oder einem Derivat davon, umfaßt.
- Hochdichtes Polyethylen (HDPE) ist ein Ausdruck, der im Stand der Technik gut bekannt ist. HDPE-Polymere sind normalerweise feste, hochkristalline Homopolymere von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen mit einer geringen Menge eines α-Olefin-Copolymers (beispielsweise einem C&sub3;-C&sub8;-α-Olefin) zur Eigenschaftsmodifizierung, mit hohem Molekulargewicht. Der Dichtebereich von HDPE ist im allgemeinen 0,940 bis 0,970 g/cm³, vorzugsweise 0,945 bis 0,960 g/cm³. Der Schmelzindex (2,16 kg Last bei 190ºC) von HDPE liegt geeigneterweise im Bereich von 0,1 bis 26, vorzugsweise 1,0 bis 10, beispielsweise 2 bis 7.
- Alternativ kann das HDPE ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes HDPE oder verwandtes Produkt, insbesondere ein Polymer mit einem HDPE-Gerüst, gepfropft mit 0,001 bis 30 Gewichtsprozent von mindestens einer polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure oder einem Derivat davon sein. Gemische von zwei oder mehreren HDPE können in dem Pfropfverfahren angewendet werden.
- Polymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren und Derivate davon schließen beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Maleinsäureanhydrid, 4-Methylcyclohex-4-en-1,2- dicarbonsäureanhydrid, Bicyclo(2.2.2)oct-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, 1,2,3,4,5,8,9,10-Octahydronaphthalin-2,4-dicarbonsäureanhydrid, 2-Oxa-1,3-diketospiro(4.4)non-7-en, Bicyclo(2.2.1)hept-5-en-2, 3-dicarbonsäureanhydrid, maleoprimäre Säure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, x-Methyl-bicyclo- (2.2.1)hept-5-en-2, -dicarbonsäureanhydrid, x-Methyl-norborn- 5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Norborn-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid ein. Vorzugsweise wird Acrylsäure oder Maleinsäureanhydrid verwendet. Wenn Maleinsäureanhydrid als das polymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Carbonsäureanhydrid verwendet wird, ist die Menge, die an das HDPE-Gerüst gepfropft wird, im allgemeinen 0,001 bis 30 Gewichtsprozent.
- Copfropfende Monomere wie beispielsweise jene, die in US-A-3 882 194 beschrieben sind, können ebenfalls zur Herstellung der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Pfropfcopolymere verwendet werden.
- Verfahren zum Herstellen von Pfropfcopolymeren sind gut bekannt und ein geeignetes Verfahren kann verwendet werden, um das Pfropfcopolymer von HDPE und einer polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure oder einem Derivat davon herzustellen. Ein solches geeignetes Verfahren umfaßt Vermischen von HDPE und der polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure oder eines Derivats davon in Anwesenheit eines freien radikalischen Starters, wie eines organischen Peroxids oder Hydroperoxids, bei einer Temperatur, die oberhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins liegt und die eine geeignete Halbwertszeit des freien radikalischen Starters bereitstellt. Geeignete freie radikalische Starter sind gut bekannt. Dieses Pfropfverfahren kann unter Verwendung bekannter Mischausrüstung, wie beispielsweise einem Brabender-Mischer, einem Banbury-Mischer oder einer Walzenmühle, ausgeführt werden. Vorzugsweise wird das Pfropfver fahren in einem geschlossenen Gefäß ausgeführt. Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung des gepfropften Copolymers ist deshalb das HDPE, das das Polymergerüst bildet, die polymerisierbare ethylenisch ungesättigte Carbonsäure oder ein Derivat davon und ein organisches Peroxid oder Hydroperoxid durch einen Ein- oder Mehrschneckenextruder zu extrudieren.
- Wie vorstehend für dieses Patent ausgewiesen, werden Polyketone als lineare Polymere mit einer alternierenden Struktur von (a) Einheiten, abgeleitet von Kohlenmonoxid, und (b) Einheiten, abgeleitet von einer oder mehreren olefinisch ungesättigten Verbindungen, definiert. Geeignete olefinische Einheiten sind jene, abgeleitet von C&sub2;-C&sub1;&sub2;-α-Olefinen oder substituierten Derivaten davon oder Styrol- oder Alkyl-substituierten Derivaten von Styrol. Es ist bevorzugt, daß solches Olefin oder Olefine ausgewählt sind aus normalen C&sub2;-C&sub6;- α-Olefinen, und es ist besonders bevorzugt, daß die Olefineinheiten entweder von Ethylen abgeleitet sind oder bevorzugter daß alle von einem Gemisch von Ethylen oder einem oder mehreren normalen C&sub3;-C&sub6;-α-Olefin(en), insbesondere Propylen, abgeleitet sind. In diesen bevorzugtesten Materialien ist es weiterhin bevorzugt, daß das Molverhältnis der Ethyleneinheiten zu normalen C&sub3;-C&sub6;-α-Olefin-Einheiten größer als oder gleich maximal 1, vorzugsweise zwischen 2 und 30, liegt. Im allgemeinen wird das Polyketon ein Copolymer von Ethylen/Propylen/CO sein, wobei das Propylen im Bereich von 5-8%, beispielsweise 6 Gewichtsprozent, des Polymers vorliegt. Die Schmelzflußrate (5 kg Last bei 240ºC) liegt im allgemeinen im Bereich von 5-200, vorzugsweise 10-150, bevorzugter 20-100 g, beispielsweise 40-80 g/10 min.
- Das Polyketon weist geeigneterweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht zwischen 40000 bis 100000, vorzugsweise zwischen 50000 und 250000, beispielsweise 60000 bis 150000, auf. Ein bevorzugtes Keton ist ein Ethylen/Propylen/CO-Terpolymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht im Bereich von 60000 bis 150000.
- Die Gemische von Polyketon und HDPE können unter Verwendung bekannter Verfahren und Ausstattung zum chargenweisen oder kontinuierlichen Vermischen hergestellt werden. Die ge mäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Gemische können in solchen Zusammensetzungen ebenfalls üblicherweise verwendete Additive, wie beispielsweise Antioxidantien, enthalten.
- Das Gewichtsverhältnis von Polyketon zu HDPE liegt geeigneterweise im Bereich von 1 : 10 bis 10 : 1, vorzugsweise 1 : 3 bis 3 : 1, bevorzugter 1 : 1,5 bis 1,5 : 1, beispielsweise 1 : 1. Wenn jedoch die Wassersperreigenschaften (gemessen durch die Wasserdampfdurchgangsgeschwindigkeit) von Polyketonen verbessert werden sollen, ist es bevorzugt, daß 1-50%, vorzugsweise 5-40%, beispielsweise 30 Gewichtsprozent HDPE zu Polyketon gegeben werden (d. h. ein Polyketon-zu-HDPE-Verhältnis von 7 : 3). Wenn andererseits die Sauerstoff-Sperr- und/oder Kohlenwasserstoff-Sperreigenschaften von HDPE verbessert werden sollen, ist es bevorzugt, daß 1-50%, vorzugsweise 10-40%, beispielsweise 30 Gewichtsprozent Polyketon zu HDPE gegeben werden (d. h. ein Polyketon-zu-HDPE-Verhältnis von 3 : 7).
- Weitere Polymere können mit der Gemischzusammensetzung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, angemischt werden; die Art und Menge eines solchen Polymers hängt davon ab, welche Modifizierungen der Polymereigenschaften erforderlich sind. Des weiteren können die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Gemische übliche Polymeradditive, wie Antioxidantien, Stabilisatoren und Formtrennmittel, enthalten.
- Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Gemische sind besonders für Verpackungsanwendungen (beispielsweise Behälter z. B. zur Verwendung für Nahrungsmittel und Getränke und Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel) und Folie geeignet.
- Ein Behälter auf Polymerbasis kann aus diesen Polyketon/HDPE-Gemischen, die zur Verwendung für Nahrungsmittel oder Getränke geeignet sind, worin das Polymer ein Gemisch eines Polyketons und HDPE, gegebenenfalls gepfropft mit mindestens einer polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Carbonsäure oder einem Derivat davon, umfaßt, hergestellt werden.
- Ein solcher Behälter kann zumindest zum Teil aus einer Monoschicht eines Gemisches hergestellt werden. Alternativ könnte er einen Mehrschichtaufbau mit mindestens einer Schicht aufweisen, die ein Gemisch wie in den vorliegenden Ansprüchen definiert ist. Jedoch ist ein Monoschichtaufbau bevorzugt.
- Verfahren zur Herstellung der Gemische zu entweder Behältern, Folien oder anderen Anwendungen sind im Stand der Technik üblich, beispielsweise Extrusion, Coextrusion, Spritzformen, Blasformen. Bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Gemische sind jene, wo die Orientierung des Polymers wahrscheinlich ist, beispielsweise Extrusion (Filmextrusion) oder Blasformen.
- Die Erfindung wird nun durch die nachstehenden Beispiele erläutert.
- Gemische von Polyketon (ein Ethylen/Propylen/CO-Terpolymer) (EPCO) mit einem Schmelzpunkt von 201ºC und einer MFR von 66 g/10 min (5 kg Last bei 240ºC) mit HDPE (HD5050, kommerziell erhältlich von BP Chemicals mit einer Dichte von 0,950 g/cm³ und einer MFR von 5 g/10 min (2,16 kg Last bei 190ºC)) und mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes HDPE (Polybond 3009, kommerziell erhältlich von BP Chemicals, das -1 Gewichtsprozent gepfropfte Maleinsäureanhydridgruppen enthält; wobei die MFR 34 g/10 min bei 5 kg Last und 240ºC ist) wurden hergestellt unter Verwendung eines ZSK 30 gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruders.
- Die Wasserdampfdurchgangsraten (WVTR) von -50 um Folienproben von EPCO + HD5050 und EPCO + PB3009 Gemischen, die an einem Plasticisers Filmextruder hergestellt wurden, wurden unter Verwendung eines Permatran W1A bei 38ºC und 100% relativer Luftfeuchtigkeit gemessen. Testprobenstücke wurden maskiert unter Gewinnung der konkreten Testfläche von 5 cm². Die leichten Zugeigenschaften der Folien wurden ebenfalls zusammen mit den Sauerstoffdurchgangsraten (OTR) bei 23ºC und 75% relativer Luftfeuchtigkeit gemessen.
- Die Ergebnisse werden in Tabelle I angegeben.
- Des weiteren wurde ein dünner Film (-50 um dick) des Polyketon/HDPE-Gemischs leichter hergestellt als eine Folie aus dem Polyketon allein. Ohne die Anwesenheit von HDPE könnten konstant dicke, kontinuierliche Folien mit den gleichen Geschwindigkeiten nicht hergestellt werden.
- Gemische, die HD5050 und EPCO enthielten, wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein APV 15 mm gleichsinnig drehender Doppelschneckenextruder verwendet wurde. Weitere Gemische, die 50, 70 und 90 Gewichtsprozent HDPE enthielten, wurden hergestellt. Die Zugeigenschaften und Schmelzflußraten dieser Materialien werden in Tabelle II angegeben. TABELLE I TABELLE II EPCO/HDPE-GEMISCHE
Claims (7)
1. Verwendung eines Polyketons mit einer
alternierenden Struktur von (a) Einheiten, abgeleitet von Kohlenmonoxid,
und (b) Einheiten, abgeleitet von einer oder mehreren
olefinisch ungesättigten Verbindungen, zur Verbesserung der
Sauerstoff- und/oder Kohlenwasserstoff-Sperreigenschaften von
HDPE.
2. Verwendung von HDPE zur Verbesserung der
Wassersperreigenschaften eines Polyketons mit einer alternierenden
Struktur von (a) Einheiten, abgeleitet von Kohlenmonoxid, und
(b) Einheiten, abgeleitet von einer oder mehreren olefinisch
ungesättigten Verbindungen.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei
das Polyketon ein zahlenmittleres Molekulargewicht im Bereich
von 40000 bis 1000000 aufweist.
4. Verwendung nach Anspruch 3, wobei das Polyketon
ein zahlenmittleres Molekulargewicht im Bereich von 60000
bis 150000 aufweist.
5. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das HDPE eine Dichte im Bereich von 0,940 bis 0,970
g/cm³ aufweist.
6. Verwendung nach Anspruch 5, wobei das HDPE eine
Dichte im Bereich von 0,945 bis 0,960 g/cm³ aufweist.
7. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das Polyketon eine alternierende Struktur von (a)
Einheiten, abgeleitet von Kohlenmonoxid, und (b) Einheiten,
abgeleitet von einem oder mehreren C&sub2;-C&sub1;&sub2;-α-Olefinen oder
substituierten Derivaten davon, aufweist.
6. Verwendung nach Anspruch 7, wobei das Polyketon
ein Ethylen/Propylen/CO-Terpolymer ist.
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