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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Harzzusammensetzung auf der
Basis von Polymilchsäure,
und insbesondere eine Harzzusammensetzung auf der Basis von Polymilchsäure, die
niedermolekulare Milchsäurederivate
als Weichmacher enthält
und aus der Formprodukte mit Flexibilität und Zähigkeit hergestellt werden können.
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Mit
den industriellen Entwicklungen hat die Menge an verwendeten Kunststoffen
merklich zugenommen und die Abfallbehandlung dieser verbrauchten
Kunststoffe ist heutzutage ein Problem geworden. In anderen Worten
ausgedrückt,
wurden verschiedene Kunststoffe, einschließlich Polyethylene, Polypropylene,
Polystyrole, Polyethylenterephthalate und Vinylchloride, herkömmlicherweise
verwendet, wenn sie jedoch einer Verbrennung zugeführt wurden,
ist der Brennofen anfällig
für Beschädigungen
und die Fläche
für die
Deponierung des Abfallprodukts ist zu knapp. Daher hat die Abfallbehandlung
ernste Probleme verursacht. Ebenso bleiben die verbrauchten Kunststoffe,
wenn sie in natürlicher
Umgebung weggeworfen werden, unverändert, ohne dass sie aufgrund
ihrer Unverwundbarkeit durch Mikroorganismen abgebaut werden, wodurch
sie die Schönheit
der Landschaft beeinträchtigen.
Ferner ist es anzunehmen, dass sie die Lebensumgebung von Meeresorganismen
kontaminieren.
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Zur
Lösung
dieser Probleme wurden weithin Forschungen und Entwicklungen im
Hinblick auf biologisch abbaubare Polymermaterialien unternommen.
Eine Polymilchsäure
ist ein Beispiel eines Polymers, das thermoplastisch und biologisch
abbaubar ist. Dieses Milchsäurepolymer
unterliegt unter natürlichen
Umweltbedingungen einer Zersetzung zu harmlosem Kohlendioxid und
Wasser.
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US-A-5,180,765
betrifft biologisch abbaubare, thermoplastische Verpackungskunststoffe
aus Poly(mllchsäure),
die mit Milchsäure,
D-Lactid, L-Lactid, meso-D,L-Lactid, racemisches D,L-Lactid, Oligomeren von
Milchsäure,
Oligomeren von Lactid, Derivaten von Oligomeren der Milchsäure oder
verschiedenen Gemischen davon plastifiziert wurden.
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EP-A-677
561 beschreibt eine abbaubare Harzzusammensetzung, die bestimmte
Mengen an Polymer auf Milchsäurebasis
und ein oder mehrere Additive umfasst, die aus einem Ultraviolett-Absorptionsmittel
und einem Lichtstabilisator ausgewählt sind.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift DE-A-195 06 395 wird eine antibakterielle
Zusammensetzung beschrieben, die im Wesentlichen frei von Wasser
und Milchsäure
ist. Sie umfasst eine spezifische, homogene feste Lösung einer
bestimmten Komponente auf der Basis von Milchsäure, einen bestimmten flüssigen organischen
Weichmacher und ein bestimmtes festes Polymer.
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Ein
biologisch resorbierbares Material für die medizinische Verwendung
ist der Gegenstand von WO 92/15340. Es besteht aus einem biologisch
resorbierbaren Polymer oder einer Zusammensetzung aus biologisch
resorbierbaren Polymeren mit einem Weichmacher, wobei das Polymer/die
Polymere Homopolymere, Copolymere oder ein Gemisch davon umfassen,
die aus Monomeren, einschließlich
Glykolsäure,
Milchsäure, Caprolacton,
Trimethylencarbonat, Paradioxanon und 1,5-Dixoepan-2-on ausgewählt sind,
und wobei der Weichmacher aus Ethyl-, Butyl- und Hexylestern von
acetylierter oder nicht-acetylierter Zitronensäure, Oligomeren von Milchsäure mit
endständigen
Ethylgruppen mit nicht weniger als 2 und nicht mehr als 10 Einheiten, und
Milchsäureestern
von Glycerin ausgewählt
ist, und das Material mindestens 50% amorphe(s) Polymer(e) umfasst,
um dem Material plastische Formbarkeit im Wesentlichen ohne Speichervermögen zu verleihen.
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JP-A-06-306264
betrifft eine thermoplastische Polymerzusammensetzung, die im Wesentlichen
aus einer Polymilchsäure
oder einem Copolymer von Milchsäure
und einer anderen Hydroxycarbonsäure
zusammengesetzt ist und die ein cyclisches Oligomer von Milchsäure als
einen Weichmacher enthält.
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Gegenwärtig können die
Polymilchsäuren
nach zwei unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden, nämlich nach
dem Lactid-Ringöffnungsverfahren
und dem direkten Polymerisationsverfahren. Bei dem Lactid-Ringöffnungsverfahren
wird ein cyclisches Dimer (Lactid) einer Ringöffnungspolymerisation unterzogen. Bei
dem direkten Polymerisationsverfahren werden Milchsäuremonomere
direkt einer Dehydratationskondensation unterzogen, wobei ein gewünschtes
Produkt erhalten wird.
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Es
wurden verschiedene Verfahren zur Plastifizierung der durch die
vorstehend beschriebenen Verfahren erhältlichen Polymilchsäuren offenbart,
indem dazu Lactid, Milchsäureoligomere
oder weithin verwendete Weichmacher gegeben werden. Jedoch treten,
wenn das Lactid, die Milchsäureoligomere
oder die weithin verwendeten Weichmacher als Weichmacher verwendet
werden, die folgenden Probleme auf: Die Transparenz des Formprodukts
wird herabgesetzt und es tritt ein Ausblutproblem auf. Ebenso wird
die Wirksamkeit bei der Formbarkeit schlecht und das Molekulargewicht
der Matrix wird herabgesetzt. Ferner haben die weithin verwendten
Weichmacher eine unbefriedigende Kompatibilität und Wirksamkeit bei der Formbarkeit.
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Im
Hinblick auf die Lösung
dieser Probleme bei den herkömmlichen
Techniken ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Harzzusammensetzung
auf der Basis von Polymilchsäure
bereitzustellen, die einen Weichmacher enthält, der eine ausgezeichnete
Kompatibilität
mit dem Harz auf der Basis von Milchsäure und eine hohe Wirksamkeit
bei der Formbarkeits und keine solchen Probleme, wie das Herabsetzen
der Transparenz des erhaltenen Formprodukts und Ausblutprobleme,
hat, und es dadurch möglich
macht, ein Formprodukt mit ausgezeichneter Flexibilität und Zähigkeit
herzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch die überraschende
Erkenntnis erfüllt,
dass bestimmte Milchsäurederivate mit
niedrigem Molekulargewicht als ausgezeichnete Weichmacher dienen.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Erkenntnisse
vervollständigt.
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In
einer Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung eine Harzzusammensetzung auf
Basis von Polymilchsäure,
umfassend:
- (a) (i) 100 Gewichtsteile einer
Poly-L-Milchsäure;
oder
(ii) 100 Gewichtsteile einer Poly-DL-Milchsäure, umfassend
L-Milchsäure
und D-Milchsäure als
konstituierende Einheiten; und
- (b) 5 bis 120 Gewichtsteile von mindestens einem von niedermolekularen
Milchsäurederivaten,
wobei die niedermolekularen Milchsäurederivate durch die nachstehende
allgemeine Formel (I) dargestellt sind: wobei
R1 einen Alkylrest, einen Acylrest, einen
Arylrest oder einen Silylrest bedeutet; und R2 einen
Alkylrest oder einen Arylrest bedeutet;
oder wobei die niedermolekularen
Milchsäurederivate
durch die nachstehende allgemeine Formel (II) dargestellt sind: wobei
R2 einen Alkylrest oder einen Arylrest bedeutet;
und R3 einen zweiwertigen verbindenden Rest
bedeutet.
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In
einer anderen Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung ein Formprodukt, hergestellt
durch die Schritte:
- 1) Schmelzkneten von (a)
einem der nachstehenden Bestandteile (i) oder (ii):
(i) 100
Gewichtsteile einer Poly-L-Milchsäure; oder
(ii) 100 Gewichtsteile
einer Poly-DL-Milchsäure,
umfassend L-Milchsäure
und D-Milchsäure als
konstituierende Einheiten; und
(b) 5 bis 120 Gewichtsteilen
von mindestens einem von niedermolekularen Milchsäurederivaten,
wie sie vorstehend beschrieben sind; und
- 2) Spritzgießen
des in Schritt 1) erhaltenen schmelzgekneteten Produkts, um ein
gewünschtes
Formprodukt zu erhalten.
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Die
erfindungsgemäße Harzzusammensetzung
auf der Basis von Polymilchsäuren
wird nachstehend ausführlich
erklärt:
Die
in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Milchsäurepolymere
können
eine Poly-L-milchsäure oder eine
Poly-DL-milchsäure,
mit einschließlich
sowohl D-Milchsäure
als auch L-Milchsäure
als konstituierende Einheiten. Diese Milchsäurepolymere haben im Allgemeinen
ein massegemitteltes Molekulargewicht von 50000 bis 500000. Der
Anteil der D-Milchsäure
als konstituierende Einheit in den vorstehenden Poly-DL-milchsäuren liegt
vorzugsweise bei höchstens
40 Mol-%. Wenn der Anteil der D-Milchsäure als konstituierende Einheit
40 Mol-% überschreitet,
kann das mittlere Molekulargewicht der erhaltenen Poly-DL-milchsäure niedrig werden
(zum Beispiel 10000 oder weniger). Die stärker bevorzugten erfindungsgemäßen Milchsäurepolymere sind
Poly-L-milchsäuren
oder Poly-DL-Milchsäuren, die
eine D-Milchsäure
als konstituierende Einheit bis zu einer Menge von 20 Mol-% einschließen.
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Die
Milchsäurepolymere
können
nach herkömmlichen
Verfahren hergestellt werden. In anderen Worten können sie
durch eine direkte Dehydratationskondensation von Milchsäure oder
eine Ringöffnungspolymerisation
eines cyclischen Dimeren (Lactid) von Milchsäure in der Gegenwart eines
Katalysators synthetisiert werden.
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Die
bei der Ringöffnungspolymerisation
verwendeten Katalysatoren sind nicht besonders eingeschränkt und
Beispiele dafür
schließen
ein Metall ein, das aus Elementen der Gruppe IA im Periodensystem, Elementen
der Gruppe IVA im Periodensystem, Elementen der Gruppe IVB im Periodensystem
und Elementen der Gruppe VA im Periodensystem oder Metallverbindungen
davon ausgewählt
ist.
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Beispiele
der Metalle oder Verbindungen der Elemente der Gruppe IA im Periodensystem
schließen Hydroxide
der Alkalimetalle, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Lithiumhydroxid;
Alkalimetallsalze von schwachen Säuren, wie Natriumlactat, Natriumacetat,
Natriumcarbonat, Natriumoctylat, Natriumstearat, Kaliumlactat, Kaliumacetat,
Kaliumcarbonat und Kaliumoctylat; und Alkoholate von Alkalimetallen,
wie Natriummethanolat, Kaliummethanolat, Natriumethanolat und Kaliumethanolat
ein.
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Beispiele
der Metalle oder Verbindungen der Elemente der Gruppe IVA im Periodensystem
schließen Zinnverbindungen,
wie Zinnlactat, Zinntartrat, Zinndicaprylat, Zinndilaurat, Zinndipalmitat,
Zinndistearat, Zinndioleat, Zinn-α-naphthoat,
Zinn-β-naphthoat
und Zinnoctylat sowie Zinnpulver ein.
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Beispiele
der Metalle oder Verbindungen der Elemente der Gruppe IIB im Periodensystem
schließen Zinkpulver,
Zinkhalogenide, Zinkoxid oder Organozinkverbindungen ein.
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Beispiele
der Metalle oder Verbindungen der Elemente der Gruppe IVB im Periodensystem
schließen Titanverbindungen,
wie Tetrapropyltitanat, und Zirkoniumverbindungen, wie Zirkoniumisopropanolat,
ein.
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Beispiele
der Metalle oder Verbindungen der Elemente der Gruppe VA im Periodensystem
schließen Antimonverbindungen,
wie Antimontrioxid, ein.
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Alle
vorstehenden Katalysatoren werden herkömmlicherweise bei der Polymerisation
von Milchsäuren verwendet.
Unter ihnen werden Katalysatoren, die Zinn oder Zinnverbindungen
umfassen, im Hinblick auf die katalytische Wirkung bevorzugt verwendet.
Diese Katalysatoren können
im Allgemeinen in einer Menge von etwa 0,001 bis 5 Gewichts-% des
Lactids verwendet werden.
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Die
Polymerisationsreaktion wird im Allgemeinen in einem Temperaturbereich
von 100°C
bis 200°C
in Gegenwart des vorstehend erwähnten
Katalysators ausgeführt
und die Wahl der Temperatur hängt
von der Art des verwendeten Katalysators ab.
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Es
ist wünschenswert,
dass in der vorliegenden Erfindung der Lactidgehalt in dem Milchsäurepolymer 1
Gewichts-% oder weniger beträgt.
Wenn der Lactidgehalt 1 Gewichts% überschreitet, sind die Eigenschaften des
erhaltenen thermoplastischen Harzes anfällig für Beeinträchtigungen.
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In
der vorliegenden Erfindung werden niedermolekulare Milchsäurederivate
als Weichmacher verwendet. Die niedermolekularen Milchsäurederivate
schließen
die Folgenden ein:
- (i) eine Verbindung mit
der folgenden allgemeinen Formel (I): wobei
R1 einen Alkylrest, einen Acylrest, einen
Arylrest oder einen Silylrest bedeutet; und R2 einen
Alkylrest oder einen Arylrest bedeutet; und
- (ii) eine Verbindung mit der folgenden allgemeinen Formel (II): wobei
R2 einen Alkylrest oder einen Arylrest bedeutet;
und R3 einen zweiwertigen verbindenden Rest
bedeutet.
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Die
in der allgemeinen Formel (I) durch R1 wiedergegebenen
Alkylreste können
substituierte oder unsubstituierte Alkylreste mit einer Gesamtzahl
von 10 oder weniger Kohlenstoffatomen sein. Spezifisch schließen die
Beispiele für
die substituierten oder unsubstituierten Alkylreste Methyl-, Ethyl-,
Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-,
Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Methoxymethyl-, Methylthiomethyl-, Benzyloxymethyl-,
p-Methoxybenzyloxymethyl-,
(4-Methoxyphenoxy)methyl-, t-Butoxymethyl-, Dimethylsilyloxymethyl-, 2-Methoxyethoxymethyl-,
2,2,2-Trichlorethoxymethoxymethyl-, Tetrahydrothiofuranyl- und Allylgruppen
ein. Unter den vorstehenden, substituierten oder unsubstituierten
Alkylresten wird im Hinblick darauf, dass sie eine glatte Einführung der
Substituenten ermöglichen,
auf die Stabilität
und die Kompatibilität
mit der Matrix Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Methoxymethyl-,
Methylthiomethyl-, Benzyloxymethyl-, p-Methoxybenzyloxymethyl-, (4-Methoxyphenoxy)methyl-
und Dimethylsilyloxymethylgruppen der Vorzug gegeben.
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Die
durch R1 wiedergegebenen Arylreste können zum
Beispiel substituierte oder unsubstituierte Phenylreste sein. Hierin
schließen
die Beispiele für
Substituenten die p-Methoxygruppe,
p-Methylgruppe, p-Ethylgruppe, p-Ethoxygruppe und p-Chlorgruppe
ein.
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Die
durch R1 wiedergegebenen Acylreste können Acylreste
mit einer Gesamtzahl von 15 oder weniger Kohlenstoffatomen sein.
Hierin schließen
die Beispiele für
die Acylgruppen die Acetylgruppe, Methoxyacetylgruppe, Phenoxyacetylgruppe,
Levulinoylgruppe, substituierte oder unsubstituierte Benzoylgruppen,
9-Fluorenylmethyloxycarbonylgruppe, 2-(Trimethylsilyl)ethyloxycarbonylgruppe,
2-(Phenylsulfonyl)ethyloxycarbonylgruppe, Isobutyloxy carbonylgruppe
und Allyloxycarbonylgruppe ein. Unter den vorstehenden Acylresten
wird im Hinblick auf die Verfügbarkeit
der Ausgangsmaterialien, auf das Ermöglichen ihrer glatten Einführung und auf
ihre Stabilität
substituierten oder unsubstituierten Benzoylgruppen der Vorzug gegeben.
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Beispiele
für die
durch R1 wiedergegebenen Silylreste schließen die
t-Butyldimethylsilylgruppe (TBDMS), t-Butyldiphenylsilylgruppe (TBDPS),
Triisopropylsilylgruppe (TIPS), Dimethylhexylsilylgruppe (TDS) und
Triphenylsilylgruppe (TPS) ein. Unter den vorstehenden Silylresten
wird im Hinblick auf die Verfügbarkeit der
Ausgangsmaterialien, auf das Ermöglichen
ihrer glatten Einführung,
auf ihre Stabilität
und auf die Kompatibilität
mit der Matrix den t-Butyldimethylsilyl- und t-Butyldiphenylsilylgruppen
der Vorzug gegeben.
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Die
in der allgemeinen Formel (I) und der allgemeinen Formel (II) durch
R2 wiedergegebenen Alkylreste können substituierte
oder unsubstituierte Alkylreste mit einer Gesamtzahl von 15 oder
weniger Kohlenstoffatomen sein. Spezifisch schließen die
Beispiele für
die substituierten oder unsubstituierten Alkylreste Methyl-, Ethyl-,
Propyl-, Butyl-, Hexyl-, Octyl-, Decyl-, Methylthiomethyl-, 2-(Trimethylsilyl)ethoxymethyl-,
Benzyloxymethyl-, Phenacyl- p-Bromphenacyl-,
N-Phthalimidomethyl-, 2,2,2-Trichlorethyl-, Allyl-, Benzyl- und
substituierte Benzylgruppen ein. Unter den vorstehenden, substituierten
oder unsubstituierten Alkylresten wird im Hinblick auf die Verfügbarkeit
der Ausgangsmaterialien, auf das Ermöglichen ihrer glatten Einführung und
auf ihre Stabilität
den Phenacyl- p-Bromphenacyl-, Methyl-, Ethyl-, Butyl-, Benzyl-
und substituierten Benzylgruppen der Vorzug gegeben.
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Die
durch R2 wiedergegebenen Arylreste können substituierte
oder unsubstituierte Phenylreste sein. Beispiele für die Substituenten
können
die gleichen sein, wie sie für
die Arylreste, die durch R1 wiedergegeben sind,
aufgeführt
sind.
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R3 in der allgemeinen Formel (II) ist ein
zweiwertiger verbindender Rest, der an ein Sauerstoffatom binden
kann. Beispiele solcher zweiwertiger verbindender Reste schließen Alkylenreste,
wie Ethylen-, Propylen-, Butylen-, Pentylen-, Hexylen-, Heptylen-,
Octylen-, Nonylen-, Decylengruppen; Arylenreste, wie substituierte oder
unsubstituierte Phenylenreste, und substituierte oder unsubstituierte
Phthaloylreste, die an beiden Enden Carbonylgruppen haben, einschließlich der
Reste -CO(CH2)2CO-,
-CO(CH2)4CO-, -CO(CH2)6CO-, -CO(CH2)8CO- und -CO(CH2)10CO-, ein, ohne
auf diese Beispiele beschränkt
zu sein.
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Bevorzugte
Beispiele für
Weichmacher in vorliegenden Erfindung können die folgenden sein:
- (i) Diejenigen mit der allgemeinen Formel (I),
wobei
(a) R1 eine Benzoylgruppe und
R2 eine Methylgruppe bedeuten;
(b)
R1 eine p-Methoxybenzoylgruppe und R2 eine Methylgruppe bedeuten;
(c) R1 eine p-Ethoxybenzoylgruppe und R2 eine Methylgruppe bedeuten;
(d) R1 eine t-Butyldimethylsilylgruppe und R2 eine p-Bromphenacylgruppe bedeuten;
(e)
R1 eine t-Butyldiphenylsilylgruppe und R2 eine Phenacylgruppe bedeuten.
- (ii) Diejenigen Verbindungen mit der allgemeinen Formel (II),
wobei
(a) R2 eine Methylgruppe und
R3 eine Sebacoylgruppe bedeuten;
(b)
R2 eine Ethylgruppe und R3 eine
Sebacoylgruppe bedeuten;
(c) R2 eine
Methylgruppe und R3 eine Succinoylgruppe
bedeuten;
(d) R2 eine Butylgruppe und
R3 eine Sebacoylgruppe bedeuten.
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In
der vorliegenden Erfindung können
diese Milchsäurederivate
mit niederem Molekulargewicht als Weichmacher alleine oder in Kombination
verwendet werden. Die Menge der Milchsäurederivate mit niederem Molekulargewicht
in der Harzzusammensetzung auf der Basis von Polymilchsäuren beträgt von 5
bis 120 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Milchsäurepolymers.
Wenn die Menge der Milchsäurederivate mit
niederem Molekulargewicht geringer als 5 Gewichtsteile ist, kann
dem Harz keine ausreichende Flexibilität verliehen werden. Andererseits
kann, wenn die Menge 120 Gewichtsteile überschreitet, in Abhängigkeit
von den Arten der zugegebenen Milchsäurederivate mit niederem Molekulargewicht
ein Ausbluten stattfinden. Eine bevorzugte Menge der Milchsäurederivate
mit niederem Molekulargewicht ist von 20 bis 50 Gewichtsteile, bezogen
auf 100 Gewichtsteile des Milchsäurepolymers.
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Die
Milchsäurederivate
mit niederem Molekulargewicht mit der allgemeinen Formel (I) können hergestellt
werden, indem die Carboxylgruppe der Milchsäure verestert wird und anschließend die
Hydroxylgruppe einer Alkylierung, Arylierung, Acylierung oder "Silylierung" unterzogen wird.
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Die
Milchsäurederivate
mit niederem Molekulargewicht mit der allgemeinen Formel (II) können hergestellt
werden, indem die Carboxylgruppe der Milchsäure verestert wird und anschließend die
Hydroxylgruppen von zwei verschiedenen Molekülen durch Alkylierung, Arylierung
oder Acylierung verbunden werden.
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Zu
der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung
können
gegebenenfalls Additive, einschließlich Antioxidationsmittel,
Hitzestabilisatoren, Lichtstabilisatoren, Färbemittel, Mittel zur Verhinderung
von Aufladung, Gleitmittel, Flammschutzmittel, Schäummittel,
Füllstoffe,
antibakterielle Mittel und Fungizide, gegeben werden.
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Die
Weichmacher können
nach einem Verfahren zugegeben werden, das normalerweise beim Arbeiten
mit dem Harz angewendet wird. Spezifisch umfasst das Verfahren den
Schritt der Zugabe des Weichmachers zu einem geschmolzenen Harz,
Schmelzkneten des erhaltenen Gemischs und dann Spritzgießen des erhaltenen
Harzgemischs.
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Ebenso
kann die erfindungsgemäße Harzzusammensetzung
auf der Basis von Milchsäure
nach einem herkömmlichen
Verfahren in der Form von Formprodukten, wie Folien, Platten, Stäben, Flaschen,
Behältern
und Folienbahnen hergestellt werde. Die erhaltenen Formprodukte
zeigen keine Probleme bezüglich
der Verminderung der Transparenz oder des Verursachens von Ausblutung
und haben eine ausgezeichnete Flexibilität und Zähigkeit.
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Die
Milchsäurederivate
mit niederem Molekulargewicht, die als Weichmacher in der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung
auf der Basis von Polymilchsäure
enthalten sind, insbesondere diejenigen Milchsäurederivate mit der vorstehenden
allgemeinen Formel (I) oder der allgemeinen Formel (II) verleihen
der erhaltenen Harzzusammensetzung eine ausreichende Flexibilität. Weiterhin
wird, wenn die Weichmacher in einer Menge zugegeben werden, die
ausreicht, um eine solche Flexibilität zu verleihen, die Transparenz
der Polymilchsäurepolymere
nicht beeinträchtigt.
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Da,
wie vorstehend beschrieben, die erfindungsgemäße Harzzusammensetzung auf
der Basis von Polymilchsäure
die Milchsäurederivate
mit niederem Molekulargewicht, die eine ausgezeichnete Kompatibilität mit der
Harzzusammensetzung auf der Basis von Polymilchsäure haben, enthält, hat
das erhaltene Formprodukt eine ausgezeichnete Transparenz und ist
frei von Ausblutungsproblemen, wobei es auch eine gute Flexibilität hat. Daher
ist die Harzzusammensetzung auf der Basis von Polymilchsäure für Folien,
Bücher,
Verpackungsmaterialien höchst
geeigenet, besonders geeignet sind sie als biologisch abbaubare
Harze bei Anwendungen für
Verpackungen sowie für
die medizinische und landwirtschaftliche Verwendung.
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Die
vorliegende Erfindung wird mittels der folgenden Herstellungsbeispiele,
Beispiele und Vergleichsbeispiele weiter ausführlich beschrieben, ohne dass
der Umfang der vorliegenden Erfindung darauf beschränkt werden
soll.
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Herstellungsbeispiel des
Milchsäurederivats
(a)
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Ein
racemisches Gemisch von Methyllactat [1,0 g (9,6 mmol)] wurde bei
Raumtemperatur 2 Stunden mit Benzoylchlorid [1,74 ml (12,4 mmol)]
in Gegenwart von Pyridin (1,0 ml) in CH
2Cl
2 (4,0 ml) umgesetzt. Das erhaltene Reaktionsgemisch
wurde mit Ethylacetat verdünnt,
gefolgt von aufeinanderfolgendem Spülen mit Wasser, einer gesättigten
Natriumhydrogencarbonatlösung
und einer gesättigten
NaCl-Lösung.
Die organische Schicht wurde über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und das erhaltene Gemisch
wurde unter vermindertem Druck konzentriert. Das erhaltene Rohprodukt
wurde dann durch Säulenchromatografie über Silicagel
("WAKO-GEL C-300", 150 g; Ethylacetat:Hexan
= 1:10) gereinigt, wobei Verbindung (a) (1,9 g, Ausbeute: 98%) der
folgenden Formel erhalten wurde:
-
Es
wurden die folgenden analytischen Ergebnisse für Verbindung (a) erhalten.
Rf = 0,59 (Ethylacetat:Hexan = 1:4)
MS
(CI, Isobutan) 209 [M + 1]+
1H-NMR (270 MHz, CDCl3) δ (ppm): 7,415-7,703
(5H, m, aromatische Protonen), 5,339 (1H, q, 7,0 Hz), 3,766 (3H,
s, -COOCH3), 1,631 (3H, d, 7,0 Hz)
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Herstellungsbeispiel des
Milchsäurederivats
(b)
-
Ein
racemisches Gemisch von Milchsäure
[9,73 g (108 mmol)] wurde in getrocknetem Aceton (1600 ml) gelöst. Zu der
Lösung
wurde Kaliumhydrogencarbonat [10,8 g, (108 mmol)] und p-Bromphenacylbromid [30,0
g (108 mmol)] gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde unter Stickstoff
bei Raumtemperatur 24 Stunden gerührt. Das erhaltene Reaktionsgemisch
wurde unter vermindertem Druck konzentriert, wobei ein rohes Öl erhalten
wurde. Das erhaltene rohe Öl
wurde dann erneut in Ethylacetat suspendiert, gefolgt von Spülen mit Wasser
und einer gesättigten
NaCl-Lösung.
Die organische Schicht wurde über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und das erhaltene Gemisch
wurde unter vermidertem Druck konzentriert, wobei ein Rohprodukt
erhalten wurde. Das erhaltene Rohprodukt wurde einer Umkristallisation
aus Ethylacetat-Hexan unterzogen, wobei eine Verbindung (25,2 g,
Ausbeute 81%) erhalten wurde, in der deren Carboxylwasserstoffatom
durch die p-Bromphenacylgruppe
ersetzt war.
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Als
nächstes
wurde die vorstehende Verbindung [970 mg (3,38 mmol)] in getrocknetem
DMF (1,3 ml) gelöst.
Zu der Lösung
wurde bei Raumtemperatur t-Butyldimethylsilylchlorid (TBDMSCl) [612
mg (4,06 mmol)] und Imidazol [508 mg (7,46 mmol)] gegeben. Das erhaltene
Gemisch wurde unter Stickstoff bei Raumtemperatur eine Stunde gerührt. Das
erhaltene Gemisch wurde in Hexan suspendiert, gefolgt von Spülen mit
Wasser und einer gesättigten
NaCl-Lösung.
Die organische Schicht wurde über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und das erhaltene Gemisch
wurde unter vermindertem Druck konzentriert. Das erhaltene Rohprodukt
wurde dann durch Säulenchromatografie über Silicagel
("WAKO-GEL C-300", 75 g; Ethylacetat:Hexan
= 1:9) gereinigt, wobei Verbindung (b) (1,32 g, Ausbeute: 97%) der
folgenden Formel erhalten wurde:
-
Es
wurden die folgenden analytischen Ergebnisse für Verbindung (b) erhalten.
Rf = 0,52 (Ethylacetat:Hexan = 3:17
Schmp:
39 bis 41 °C
(Ethylacetat-Hexan)
MS (CI, Isobutan) 403 [M(79Br)
+ 1]+
1H-NMR
(270 MHz, CDCl3) δ (ppm): 7,606-7,793 (4H, m,
aromatische Protonen), 5,360 (1H, d, 16,2 Hz), 5,286 (1H, d, 16,2
Hz), 4,518 (1H, q, 7,0 Hz), 1,515 (3H, d, 7,0 Hz), 0,907 (9H, s,
TBDMS), 0,128 (3H, s, TBDMS), 0,120 (3H, s, TBDMS)
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Herstellungsbeispiel des
Milchsäurederivats
(c)
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Ein
racemisches Gemisch von Methyllactat [3,21 g (30,9 mmol)] wurde
mit dem Säuredichlorid
der Sebacinsäure
[3,36 g (14,0 mmol)] in Gegenwart von Pyridin (3 ml) in CH
2Cl
2 (20 ml) bei
Raumtemperatur 2 Stunden umgesetzt. Das erhaltene Reaktionsgemisch
wurde mit Ethylacetat verdünnt,
gefolgt von aufeinanderfolgendem Spülen mit Wasser, einer gesättigten
Natriumhydrogencarbonatlösung
und einer gesättigten
NaCl-Lösung.
Die organische Schicht wurde über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und das erhaltene Gemisch wurde
unter vermindertem Druck konzentriert. Das erhaltene Rohprodukt
wurde dann durch Säulenchromatografie über Silicagel
("WAKO-GEL C-300", 200 g; Hexan:Ethylacetat
= 15:1) gereinigt, wobei Verbindung (c) (3,10 g, Ausbeute: 60%)
der folgenden Formel erhalten wurde:
-
Es
wurden die folgenden analytischen Ergebnisse für Verbindung (c) erhalten.
Rf = 0,34 (Hexan:Ethylacetat = 4:1)
MS
(CI, Isobutan) 375 [M + 1]+
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Messung der Längenzunahme
von Folien
-
In
den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde die Längenzunahme
von Folien wie folgt bewertet. Spezifisch wurden Filmproben mit
den Ausmaßen
von 20 cm × 5
cm aus den Folien geschnitten, die für jedes der nachfolgenden,
durch Folienspritzguss hergestellten Beispiele und Vergleichsbeispiele
erhalten wurden. Die Längenzunahme
wurde mittels eines Zugfestigkeitsprüfgeräts bestimmt.
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Beispiele 1a bis 1d
-
Zu
100 Gewichtsteilen einer Poly-L-milchsäure (durchschnittliches Molekulargewicht:
180000) wurde die vorstehend hergestellte Verbindung (a) in einer
Menge, die in Tabelle 1 angegeben ist, unter Schmelzkneten zugegeben
und gemischt. Hier wurden zu 100 Gewichtsteilen einer Poly-L-milchsäure die
Verbindung (a) in einer Menge von 10 Gewichtsteilen (in Beispiel
1a); 30 Gewichtsteilen (in Beispiel 1b); 50 Gewichtsteilen (in Beispiel
1c) und 100 Gewichtsteilen (in Beispiel 1d) gegeben. Der Wert für die Glasübergangstemperatur
Tg jeder der vorstehenden Zusammensetzungen wurde durch DSC bestimmt.
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Als
nächstes
wurde jede der vorstehenden Zusammensetzungen durch Bahnenspritzguss
zu einer Bahn geformt, und jede der erhaltenen Bahnen wurde gestreckt,
wobei eine Folie mit einer Dicke von 200 μm geformt wurde. Die Längenzunahme
der erhaltenen Folie wurde gemessen.
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Vergleichsbeispiel 1
-
Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 1a bis 1d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die Verbindung (a) nicht zugegeben wurde. Der Tg-Wert der erhaltenen
Zusammensetzung wurde bestimmt. Ebenso wurde ein Film mit einer
Dicke von 200 μm
geformt und die Längenzunahme
des Films wurde gemessen.
-
Die
Ergebnisse der Beispiele 1a bis 1d und des Vergleichsbeispiels 1
sind in Tabelle 1 aufgeführt.
-
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt, haben die Zusammensetzungen der Beispiele
1a bis 1d niedrigere Glasübergangstemperaturen
als diejenige der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 1 sowie
eine gute Flexibilität. Insbesondere
in den Fällen
der Beispiele 1b bis 1d, in denen die Zugabemengen an Weichmacher
(Verbindung (a)) gleich oder größer als
30 Gewichtsteile war, waren die Glasübergangstemperaturen niedriger
als Raumtemperatur und die Zusammensetzungen zeigten eine ausreichende
Flexibilität.
Daher hatten die aus den Zusammensetzungen der Beispiele 1a bis
1d geformten Folien eine hohe Längenzunahme
und eine gute Transparenz.
-
Beispiele 2a bis 2d
-
Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 1a bis 1d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die vorstehend hergestellte Verbindung (b) anstelle von Verbindung
(a) in einer Menge zugegeben wurde, die in der Tabelle 2 angegeben
ist, und gemischt wurde. Hier wurden zu 100 Gewichtsteilen einer
Poly-L-milchsäure die
Verbindung (b) in einer Menge von 10 Gewichtsteilen (in Beispiel
2a); 30 Gewichtsteilen (in Beispiel 2b); 50 Gewichtsteilen (in Beispiel
2c) und 100 Gewichtsteilen (in Beispiel 2d) gegeben. Der Tg-Wert
jeder der vorstehenden Zusammensetzungen wurde auf die gleiche Art
und Weise bestimmt wie in Beispiel 1. Anschließend wurde jede der vorstehenden
Zusammensetzungen durch Bahnenspritzguss zu einer Bahn geformt,
und jede der erhaltenen Bahnen wurde gestreckt, wobei eine Folie
mit einer Dicke von 200 μm
geformt wurde. Die Längenzunahme
der erhaltenen Folie wurde gemessen.
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Vergleichsbeispiel 2
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Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 2a bis 2d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die Verbindung (b) nicht zugegeben wurde. Der Tg-Wert der erhaltenen
Zusammensetzung wurde bestimmt. Ebenso wurde ein Film mit einer
Dicke von 200 μm
geformt und die Längenzunahme
des Films wurde gemessen.
-
Die
Ergebnisse der Beispiele 2a bis 2d und des Vergleichsbeispiels 2
sind in Tabelle 2 aufgeführt.
-
-
Wie
in Tabelle 2 gezeigt, haben die Zusammensetzungen der Beispiele
2a bis 2d niedrigere Glasübergangstemperaturen
als diejenige der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 2 sowie
eine gute Flexibilität. Insbesondere
in den Fällen
der Beispiele 2b bis 2d, in denen die Zugabemengen an Weichmacher
(Verbindung (b)) gleich oder größer als
30 Gewichtsteile war, waren die Glasübergangstemperaturen niedriger
als Raumtemperatur und die Zusammensetzungen zeigten eine ausreichende
Flexibilität.
Daher hatten die aus den Zusammensetzungen der Beispiele 2a bis
2d geformten Folien eine hohe Längenzunahme
und eine gute Transparenz.
-
Beispiele 3a bis 3d
-
Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 1a bis 1d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die vorstehend hergestellte Verbindung (c) anstelle von Verbindung
(a) in einer Menge zugegeben wurde, die in der Tabelle 3 angegeben
ist, und gemischt wurde. Hier wurden zu 100 Gewichtsteilen einer
Poly-L-milchsäure die
Verbindung (c) in einer Menge von 10 Gewichtsteilen (in Beispiel
3a); 30 Gewichtsteilen (in Beispiel 3b); 50 Gewichtsteilen (in Beispiel
3c) und 100 Gewichtsteilen (in Beispiel 3d) gegeben. Der Tg-Wert
jeder der vorstehenden Zusammensetzungen wurde auf die gleiche Art
und Weise bestimmt wie in Beispiel 1. Anschließend wurde jede der vorstehenden
Zusammensetzungen durch Bahnenspritzguss zu einer Bahn geformt,
und jede der erhaltenen Bahnen wurde gestreckt, wobei eine Folie
mit einer Dicke von 200 μm
geformt wurde. Die Längenzunahme
der erhaltenen Folie wurde gemessen.
-
Vergleichsbeispiel 3
-
Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 3a bis 3d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die Verbindung (c) nicht zugegeben wurde. Der Tg-Wert der erhaltenen
Zusammensetzung wurde bestimmt. Ebenso wurde eine Folie mit einer
Dicke von 200 μm
geformt und die Längenzunahme
der Folie wurde gemessen.
-
Die
Ergebnisse der Beispiele 3a bis 3d und des Vergleichsbeispiels 3
sind in Tabelle 3 aufgeführt.
-
-
Wie
in Tabelle 3 gezeigt, haben die Zusammensetzungen der Beispiele
3a bis 3d niedrigere Glasübergangstemperaturen
als diejenige der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 3 sowie
eine gute Flexibilität. Insbesondere
in den Fällen
der Beispiele 3b bis 3d, in denen die Zugabemengen an Weichmacher
(Verbindung (c)) gleich oder größer als
30 Gewichtsteile war, waren die Glasübergangstemperaturen niedriger
als Raumtemperatur und die Zusammensetzungen zeigten eine ausreichende
Flexibilität.
Daher hatten die aus den Zusammensetzungen der Beispiele 3a bis
3d geformten Folien eine hohe Längenzunahme
und eine gute Transparenz.
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Beispiele 4a bis 4d
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Zu
100 Gewichtsteilen einer Poly-DL-milchsäure (Anteil von D-Milchsäure als
konstituierende Einheit: 20 Mol-%; durchschnittliches Molekulargewicht:
120000) wurde die vorstehend hergestellte Verbindung (a) in einer
Menge, die in Tabelle 4 angegeben ist, unter Schmelzkneten zugegeben
und gemischt. Hier wurden zu 100 Gewichtsteilen einer Poly-DL-milchsäure die
Verbindung (a) in einer Menge von 10 Gewichtsteilen (in Beispiel
4a); 30 Gewichtsteilen (in Beispiel 4b); 50 Gewichtsteilen (in Beispiel
4c) und 100 Gewichtsteilen (in Beispiel 4d) gegeben. Der Wert für die Glasübergangstemperatur
Tg jeder der vorstehenden Zusammensetzungen wurde durch DSC bestimmt.
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Als
nächstes
wurde jede der vorstehenden Zusammensetzungen durch Bahnenspritzguss
zu einer Bahn geformt, und jede der erhaltenen Bahnen wurde gestreckt,
wobei eine Folie mit einer Dicke von 200 μm geformt wurde. Die Längenzunahme
der erhaltenen Folie wurde gemessen.
-
Vergleichsbeispiel 4
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Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 4a bis 4d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die Verbindung (a) nicht zugegeben wurde. Der Tg-Wert der erhaltenen
Zusammensetzung wurde bestimmt. Ebenso wurde ein Film mit einer
Dicke von 200 μm
geformt und die Längenzunahme
des Films wurde gemessen.
-
Die
Ergebnisse der Beispiele 4a bis 4d und des Vergleichsbeispiels 4
sind in Tabelle 4 aufgeführt.
-
-
Wie
in Tabelle 4 gezeigt, haben die Zusammensetzungen der Beispiele
4a bis 4d niedrigere Glasübergangstemperaturen
als diejenige der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 4 sowie
eine gute Flexibilität. Insbesondere
in den Fällen
der Beispiele 4b bis 4d, in denen die Zugabemengen an Weichmacher
(Verbindung (a)) gleich oder größer als
30 Gewichtsteile war, waren die Glasübergangstemperaturen niedriger
als Raumtemperatur und die Zusammensetzungen zeigten eine ausreichende
Flexibilität.
Daher hatten die aus den Zusammensetzungen der Beispiele 4a bis
4d geformten Folien eine hohe Längenzunahme
und eine gute Transparenz.
-
Beispiele 5a bis 5d
-
Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 4a bis 4d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die vorstehend hergestellte Verbindung (b) anstelle von Verbindung
(a) in einer Menge zugegeben wurde, die in der Tabelle 5 angegeben
ist, und gemischt wurde. Hier wurden zu 100 Gewichtsteilen einer
Poly-DL-milchsäure
die Verbindung (b) in einer Menge von 10 Gewichtsteilen (in Beispiel
5a); 30 Gewichtsteilen (in Beispiel 5b); 50 Gewichtsteilen (in Beispiel
5c) und 100 Gewichtsteilen (in Beispiel 5d) gegeben. Der Tg-Wert
jeder der vorstehenden Zusammensetzungen wurde auf die gleiche Art
und Weise bestimmt wie in Beispiel 4. Anschließend wurde jede der vorstehenden
Zusammensetzungen durch Bahnenspritzguss zu einer Bahn geformt,
und jede der erhaltenen Bahnen wurde gestreckt, wobei eine Folie
mit einer Dicke von 200 μm
geformt wurde. Die Längenzunahme
der erhaltenen Folie wurde gemessen.
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Vergleichsbeispiel 5
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Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 5a bis 5d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die Verbindung (b) nicht zugegeben wurde. Der Tg-Wert der erhaltenen
Zusammensetzung wurde bestimmt. Ebenso wurde ein Film mit einer
Dicke von 200 μm
geformt und die Längenzunahme
des Films wurde gemessen.
-
Die
Ergebnisse der Beispiele 5a bis 5d und des Vergleichsbeispiels 5
sind in Tabelle 5 aufgeführt.
-
-
Wie
in Tabelle 5 gezeigt, haben die Zusammensetzungen der Beispiele
5a bis 5d niedrigere Glasübergangstemperaturen
als diejenige der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 5 sowie
eine gute Flexibilität. Insbesondere
in den Fällen
der Beispiele 5b bis 5d, in denen die Zugabemengen an Weichmacher
(Verbindung (b)) gleich oder größer als
30 Gewichtsteile war, waren die Glasübergangstemperaturen niedriger
als Raumtemperatur und die Zusammensetzungen zeigten eine ausreichende
Flexibilität.
Daher hatten die aus den Zusammensetzungen der Beispiele 5a bis
5d geformten Folien eine hohe Längenzunahme
und eine gute Transparenz.
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Beispiele 6a bis 6d
-
Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 4a bis 4d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die vorstehend hergestellte Verbindung (c) anstelle von Verbindung
(a) in einer Menge zugegeben wurde, die in der Tabelle 6 angegeben
ist, und gemischt wurde. Hier wurden zu 100 Gewichtsteilen einer
Poly-DL-milchsäure
die Verbindung (c) in einer Menge von 10 Gewichtsteilen (in Beispiel
6a); 30 Gewichtsteilen (in Beispiel 6b); 50 Gewichtsteilen (in Beispiel
6c) und 100 Gewichtsteilen (in Beispiel 6d) gegeben. Der Tg-Wert
jeder der vorstehenden Zusammensetzungen wurde auf die gleiche Art
und Weise bestimmt wie in Beispiel 1. Anschließend wurde jede der vorstehenden
Zusammensetzungen durch Bahnenspritzguss zu einer Bahn geformt,
und jede der erhaltenen Bahnen wurde gestreckt, wobei eine Folie
mit einer Dicke von 200 μm
geformt wurde. Die Längenzunahme
der erhaltenen Folie wurde gemessen.
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Vergleichsbeispiel 6
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Es
wurden ähnliche
Verfahren wie in den Beispielen 6a bis 6d ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die Verbindung (c) nicht zugegeben wurde. Der Tg-Wert der erhaltenen
Zusammensetzung wurde bestimmt. Ebenso wurde eine Folie mit einer
Dicke von 200 μm
geformt und die Längenzunahme
der Folie wurde gemessen.
-
Die
Ergebnisse der Beispiele 6a bis 6d und des Vergleichsbeispiels 6
sind in Tabelle 6 aufgeführt.
-
-
Wie
in Tabelle 6 gezeigt, haben die Zusammensetzungen der Beispiele
6a bis 6d niedrigere Glasübergangstemperaturen
als diejenige der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 6 sowie
eine gute Flexibilität. Insbesondere
in den Fällen
der Beispiele 6b bis 6d, in denen die Zugabemengen an Weichmacher
(Verbindung (c)) gleich oder größer als
30 Gewichtsteile war, waren die Glasübergangstemperaturen niedriger
als Raumtemperatur und die Zusammensetzungen zeigten eine ausreichende
Flexibilität.
Daher hatten die aus den Zusammensetzungen der Beispiele 6a bis
6d geformten Folie eine hohe Längenzunahme
und eine gute Transparenz.
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Die
vorliegende Erfindung wurde somit beschrieben und es ist offensichtlich,
dass sie auf viele Arten variiert werden kann. Solche Abänderungen
werden nicht als Abweichung von dem Geist und Umfang dieser Erfindung
angesehen, und alle solchen Modifikationen, wie sie einem Fachmann
offensichtlich würden,
sollen im Umfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein.