Verfahren zur Herstellung von Clingfolien
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Clingfolien unter Verwendung von biologisch abbaubaren Polyestern erhältlich durch Polykondensation von:
65 bis 80 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines oder mehrerer Di- carbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Bras- sylsäure;
35 bis 20 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines Terephthalsäurede rivats;
98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines C2-C8- Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols;
0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Polymer erhältlich aus den Komponenten i bis iii, eines mindestens trifunktionellen Vernetzers oder mindestens difunktionel- len Kettenverlängerers.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Clingfolien unter Verwendung der Polymerkomponenten a) und b):
5 bis 95 Gew.-% eines biologisch abbaubaren Polyesters gemäß Anspruch 1 und
95 bis 5 Gew.-% eines aliphatisch-aromatischen Polyesters erhältlich durch Polykondensation von:
40 bis 60 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines oder mehrerer Dicarbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure;
60 bis 40 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines Terephthalsäu rederivats; iii) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines C2-C8- Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols
iv) 0 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Polymer erhältlich aus den Komponenten i bis iii, eines mindestens trifunktionellen Vernetzers oder difunktionellen Ket- tenverlängerers. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Clingfolien unter Verwendung der Polymerkomponenten a), b) und c): a) 10 bis 40 Gew.-% eines biologisch abbaubaren Polyesters gemäß Anspruch 1 und
b) 89 bis 46 Gew.-% eines aliphatisch-aromatischen Polyesters erhältlich durch Po- lykondensation von: i) 40 bis 70 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines oder mehrerer Dicarbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure; ii) 60 bis 30 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines Terephthalsäu- rederivats; iii) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines C2-C8- Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols; iv) 0 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Polymer erhältlich aus den Komponenten i bis iii, eines mindestens trifunktionellen Vernetzers oder difunktionellen Ket- tenverlängerers;
1 bis 14 Gew.-%, eines oder mehrerer Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polymilchsäure, Polycaprolacton, Polyhydroxyalkanoat, Polyalky- lencarbonat, Chitosan und Gluten und eines oder mehrerer Polyester auf Basis von aliphatischen Diolen und aliphatischen Dicarbonsäuren - und
0 bis 2 Gew.-% eines Verträglichkeitsvermittlers. WO-A 92/09654 beschreibt lineare aliphatisch-aromatische Polyester, die biologisch abbaubar sind. Vernetzte, biologisch abbaubare Polyester werden in der WO-A 96/15173 beschrieben. Die beschriebenen Polyester weisen einen höheren Te- rephthalsäuregehalt auf und können hinsichtlich ihrer Filmeigenschaften - insbesondere ihres elastischen Verhaltens, das für Clingfolie von großer Bedeutung ist - nicht im- mer voll überzeugen.
Ziel der vorliegenden Erfindung war es demnach ein Verfahren zur Herstellung von Clingfolien bereitzustellen.
Die eingangs beschriebenen Polyester, die einen eng definierten Terephthalsäurege- halt und einen eng definierten Gehalt an Vernetzer aufweisen, eignen sich überraschenderweise sehr gut für Clingfolie.
Bevorzugt sind biologisch abbaubare Polyester mit folgenden Bestandteilen: Komponenten i) ist vorzugsweise Adipinsäure und/oder Sebazinsäure. Komponente iii), das Diol, ist vorzugsweise 1 ,4-Butandiol. Komponente iv), der Vernetzer, ist vorzugsweise Glycerin.
Die Synthese der beschriebenen Polyester erfolgt in der Regel in einer zweistufigen Reaktionskaskade (s. WO09/127555 und WO09/127556). Zunächst werden die Dicar- bonsäurederivate wie in den Synthesebeispielen zusammen mit dem Diol (beispielsweise 1 ,4-Butandiol) in Anwesenheit eines Umesterungskatalysators zu einem Präpo- lyester umgesetzt. Dieser Präpolyester weist im Allgemeinen eine Viskositätszahl (VZ) von 50 bis 100 mL/g, vorzugsweise 60 bis 90 mL/g auf. Als Katalysatoren werden üblicherweise Zink-, Aluminium- und insbesondere Titankatalysatoren eingesetzt. Titankatalysatoren wie Tetra(isopropyl)orthotitanat und insbesondere Tetrabutylorthotitanat (TBOT) haben gegenüber den in der Literatur häufig verwendeten Zinn-, Antimon-, Kobalt- und Bleikatalysatoren wie beispielsweise Zinndioctanoat den Vorteil, dass im Produkt verbleibende Restmengen des Katalysators oder Folgeprodukt des Katalysators weniger toxisch sind.
Die erfindungsgemäßen Polyester werden gegebenenfalls anschließend nach den in WO 96/15173 und EP-A 488 617 beschriebenen Verfahren kettenverlängert. Der Präpolyester wird beispielsweise mit Kettenverlängerern vib), wie mit Diisocyanaten oder mit epoxidhaltigen Polymethacrylaten in einer Kettenverlängerungsreaktion zu einem Polyester mit einer VZ von 60 bis 450 mL/g, vorzugsweise 80 bis 250 mL/g umgesetzt. Ein Gemisch der Dicarbonsäuren wird in Anwesenheit eines Überschusses an Diol zusammen mit dem Katalysator in der Regel zunächst kondensiert. Anschließend wird die Schmelze des so erhaltenen Präpolyesters üblicherweise bei einer Innentemperatur von 200 bis 250°C innerhalb von 3 bis 6 Stunden bei vermindertem Druck unter Abdestillieren freiwerdenden Diols bis zur gewünschten Viskosität mit einer Viskosi- tätszahl (VZ) von 60 bis 450 mL/g und vorzugsweise 80 bis 250 mL/g kondensiert.
Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Polyester nach dem in
WO09/127556 beschriebenen kontinuierlichen Verfahren hergestellt. Die obengenannten Viskositätszahlbereiche dienen lediglich als Anhaltspunkte für bevorzugte Verfahrensvarianten, sollen jedoch nicht beschränkend für den vorliegenden Anmeldegegens- tand gelten.
Neben dem oben beschriebenen kontinuierlichen Verfahren können die erfindungsgemäßen Polyester auch in einem Batch-Prozess hergestellt werden. Hierzu werden das aliphatische und das aromatische Dicarbonsäurederivat,das Diol und ein Verzweiger in beliebiger Dosierreihenfolge gemischt und zu einem Präpolyester kondensiert. Gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Kettenverlängerers kann ein Polyester mit der gewünschten Viskositätszahl eingestellt werden.
Mit den obengenannten Verfahren sind beispielsweise Polybutylenterephthalt- succinate, -azelate, -brassylate und insbesondere -adipate und -sebacate erhältlich mit einer Säurezahl gemessen nach DIN EN 12634 von kleiner als 1 ,0 mg KOH/g und einer Viskositätszahl von größer 130 mL/g, sowie einer MVR nach ISO 1 133 von kleiner 6 cm3/10 min (190°C, 2,16 kg Gewicht). Diese Produkte sind insbesondere für Folienanwendungen interessant.
Sebacinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure (i) sind aus nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Pflanzenölen wie z.B. Rizinusöl zugänglich.
Die Terephthalsäure ii wird in 20 bis 35 mol-%, bezogen auf die Säurekomponenten i und ii eingesetzt.
Terephthalsäure und die aliphatische Dicarbonsäure können entweder als freie Säure oder in Form esterbildender Derivate eingesetzt werden. Als esterbildende Derivate sind insbesondere die Di-d- bis C6-Alkylester, wie Dimethyl-, Diethyl-, Di-n-propyl, Di- isopropyl, Di-n-butyl, Di-iso-butyl, Di-t-butyl, Di-n-pentyl-, Di-iso-pentyl oder Di-n- hexylester zu nennen. Anhydride der Dicarbonsäuren können ebenfalls eingesetzt werden.
Dabei können die Dicarbonsäuren oder deren esterbildende Derivate, einzeln oder als Gemisch eingesetzt werden.
1 ,4-Butandiol ist ebenfalls aus nachwachsenden Rohstoffen zugänglich. WO
09/024294 offenbart ein biotechnologisches Verfahren zur Herstellung von 1 ,4- Butandiol ausgehend von unterschiedlichen Kohlehydraten mit Mikroorganismen aus der Klasse der Pasteurellaceae.
In der Regel wird zu Beginn der Polymerisation das Diol (Komponente iii) zu den Säuren (Komponenten i und ii) in einem Verhältnis von Diol zu Disäuren von 1 ,0 bis 2,5 : 1 und vorzugsweise 1 ,3 bis 2,2 : l eingestellt. Überschüssige Diolmengen werden während der Polymerisation abgezogen, sodass sich am Ende der Polymerisation ein un- gefähr äquimolares Verhältnis einstellt. Unter ungefähr äquimolar wird ein Diol/Di- säuren-Verhältnis von 0,98 bis 1 ,02 : 1 verstanden.
Die genannten Polyester können Hydroxy- und/oder Carboxylendgruppen in jedem beliebigen Verhältnis aufweisen. Die genannten teilaromatischen Polyester können auch endgruppenmodifiziert werden. So können beispielsweise OH-Endgruppen durch Umsetzung mit Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Trimellithsäure, Trimellithsäurean- hydrid, Pyromellithsäure oder Pyromellithsäureanhydrid säuremodifiziert werden. Bevorzugt sind Polyester mit Säurezahlen kleiner als 1 ,5 mg KOH/g. In der Regel werden ein Vernetzer iva und gegebenenfalls zusätzlich ein Kettenverlän- gerer ivb ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem polyfunktionellen Isocya- nat, Isocyanurat, Oxazolin, Epoxid, Carbonsäureanhydrid, einem mindestens trifunktio- nellen Alkohol oder einer mindestens trifunktionellen Carbonsäure eingesetzt. Als Ket- tenverlängerer ivb kommen polyfunktionelle und insbesondere difunktionelle Isocyana- te, Isocyanurate, Oxazoline, Carbonsäureanhydrid oder Epoxide in Frage. Die Vernetzer iva) werden in der Regel in einer Konzentration von 0,1 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 1 ,5 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 0,3 bis 1 Gew.-% bezogen auf das Polymer erhältlich aus den Komponenten i bis iii eingesetzt. Die Kettenverlängerer ivb) werden im Allgemeinen in einer Konzentration von 0,01 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 0,35 bis 2 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iii eingesetzt.
Kettenverlängerer sowie Alkohole oder Carbonsäurederivate mit mindestens drei funktionellen Gruppen können auch als Vernetzer aufgefasst werden. Besonders bevorzug- te Verbindungen haben drei bis sechs funktionelle Gruppen. Beispielhaft seien genannt: Weinsäure, Zitronensäure, Äpfelsäure; Trimethylolpropan, Trimethylolethan; Pentaerythrit; Polyethertriole und Glycerin, Trimesinsäure, Trimellitsäure, Trimellitsäu- reanhydrid, Pyromellitsäure und Pyromellitsäuredianhydrid. Bevorzugt sind Polyole wie Trimethylolpropan, Pentaerythrit und insbesondere Glycerin. Mittels der Komponenten iv lassen sich biologisch abbaubare Polyester mit einer strukturellen Viskosität aufbauen. Das rheologische Verhalten der Schmelzen verbessert sich; die biologisch abbaubaren Polyester lassen sich leichter verarbeiten, beispielsweise besser durch Schmelzeverfestigung zu Folien ausziehen. Die Verbindungen iv wirken scherentzähend, d.h. die Viskosität unter Belastung wird geringer.
In der Regel ist es sinnvoll die vernetzenden (mindestens trifunktionellen) Verbindungen zu einem früheren Zeitpunkt der Polymerisation zuzugeben.
Als bifunktionelle Kettenverlängerer eignen sich aromatische Diisocyanate und insbesondere aliphatischen Diisocyanate vor allem lineare oder verzweigte Alkylendiisocya- nate oder Cycloalkylendiisocyanate mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, z.B. 1 ,6-Hexa-methylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat oder Methylen-bis(4-isocyanatocyclo-hexan). Besonders bevorzugte aliphatische Diisocyanate sind Isophorondiisocyanat und insbesondere 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat.
Die erfindungsgemäßen Polyester weisen in der Regel ein zahlenmittleres Molekular- gewicht (Mn) im Bereich von 5000 bis 100000, insbesondere im Bereich von 10000 bis 60000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 15000 bis 38000 g/mol, ein gewichtmittleres Molekulargewicht (Mw) von 30000 bis 300000, vorzugsweise 60000 bis 200000 g/mol und ein Mw/Mn-Verhältnis von 1 bis 15, vorzugsweise 2 bis 8 auf. Die Viskositätszahl liegt zwischen 30 und 450, vorzugsweise von 50 bis 400 mL/g und insbesondere be- vorzugt von 80 bis 250 mL/g (gemessen in o-Dichlorbenzol/Phenol (Gewichtsverhältnis 50/50)). Der Schmelzpunkt liegt im Bereich von 85 bis 150, bevorzugt im Bereich von 95 bis 140°C.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden 1 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Ge- samtgewicht der Komponenten i bis iv, eines organischen Füllstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: nativer oder plastifizierter Stärke, Naturfasern, Holzmehl, zerkleinertem Kork, gemahlenen Rinden, Nussschalen, gemahlene Presskuchen (Pflanzenölraffinerie), getrocknete Produktionsrückstände aus der Fermentation oder Destillation von Getränken wie z.B. Bier, gebrauten Limonaden (z.B. Bionade), Wein oder Sake und/oder eines anorganischen Füllstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kreide, Graphit, Gips, Leitruß, Eisenoxid, Calciumchlorid, Dolomit, Kaolin, Siliziumdioxid (Quarz), Natriumcarbonat, Titandioxid, Silikat, Wollastonit, Glimmer, Montmorillonite, Talkum, Glasfasern und Mineralfasern zugesetzt. Stärke und Amylose können nativ, d.h. nicht thermoplastifiziert oder mit Weichmachern wie beispielsweise Glycerin oder Sorbit thermoplastifiziert sein (EP-A 539 541 , EP-A 575 349, EP 652 910).
Unter Naturfasern werden zum Beispiel Cellulosefasern, Hanffasern, Sisal, Kenaf, Ju- te, Flax, Abacca, Kokosfaser oder aber auch Regeneratcellulosefasern (Rayon) wie z. B. Cordenkafasern verstanden.
Als bevorzugte faserförmige Füllstoffe seien Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramid- Fasern, Kaliumtitanat-Fasern und Naturfasern genannt, wobei Glasfasern als E-Glas besonders bevorzugt sind. Diese können als Rovings oder insbesondere als Schnittglas in den handelsüblichen Formen eingesetzt werden. Diese Fasern weisen im Allgemeinen einen Durchmesser von 3 bis 30μηη, bevorzugt 6 bis 20μηη und besonderes
bevorzugt von 8 bis 15μηι auf. Die Faserlänge im Compound beträgt in der Regel 20μηη bis Ι ΟΟΟμηη, bevorzugt 180 bis 500μηη und besonderes bevorzugt 200 bis 400 μπι. Die faserförmigen Füllstoffe können zur besseren Verträglichkeit mit dem Thermoplasten zum Beispiel mit einer Silanverbindung oberflächlich vorbehandelt sein.
Die biologisch abbaubaren Polyester bzw. Polyestermischungen können weitere dem Fachmann bekannte, aber nicht erfindungswesentliche Inhaltsstoffe enthalten. Bei- spielsweise die in der Kunststofftechnik üblichen Zusatzstoffe wie Stabilisatoren;
Nukleierungsmittel; Neutralisationsmittel; Gleit- und Trennmittel wie Stearate (insbesondere Calziumstearat); Weichmacher (Plastifizierer) wie beispielsweise Zitronensäureester (insbesondere Acetyl-tributylcitrat), Glycerinsäureester wie Triacetylglycerin oder Ethylenglykolderivate, Tenside wie Polysorbate, Palmitate oder Laurate; Wachse wie beispielsweise Bienenwachs oder Bienenwachsester; Antistatikum, UV-Absorbers; UV-Stabilisators; Antifog-Mittel oder Farbstoffe. Die Additive werden in Konzentrationen von 0 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 2 Gew.-% bezogen auf die erfindungsgemäßen Polyester eingesetzt. Weichmacher können in 0,1 bis 10 Gew.-% in den erfindungsgemäßen Polyestern enthalten sein.
Die biologisch abbaubaren Polyester nach Anspruch 1 sind häufig klebrig. Um ihre Verarbeitung zu Folien problemlos zu bewerkstelligen, ist es ratsam, wenn die Polyester ohne weitere Mischungspartner zum Einsatz gelangen sollen, Additive wie insbesondere Gleit- und Trennmittel zuzusetzen.
Als Gleitmittel oder auch Formtrennmittel (Komponente e) haben sich insbesondere Kohlenwasserstoffe, Fettalkohole, höhere Carbonsäuren, Metallsalze höherer Carbonsäuren wie Calcium- oder Zinkstearat, Fettsäureamide wie Erucasäureamid und Wachstypen, z. B. Paraffinwachse, Bienenwachs oder Montanwachse bewährt. Bevor- zugte Gleitmittel sind Erucasäureamid und/oder Wachstypen und besonders bevorzugt Kombinationen dieser Gleitmittel. Bevorzugte Wachstypen sind Bienenwachse und Esterwachse, insbesondere Glycerinmonostearat oder Dimethylsiloxan oder Polydi- methylsiloxan wie z.B. Belsil® DM der Fa. Wacker. Die Komponente e wird in der Regel in 0,05 bis 5,0 Gew.-% und vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-% bezogen auf den biologisch abbaubaren Polyester zugegeben.
Eine bevorzugte Formulierung des biologisch abbaubaren Polyesters enthält: a) 99,9 bis 98 Gew.-% eines aliphatisch-aromatischen Polyesters erhältlich durch Polykondensation von:
65 bis 80 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines oder mehrerer Dicarbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure;
35 bis 20 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines Terephthalsäu rederivats; iii) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines C2-C8-
Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Polymer erhältlich aus den Komponenten i bis iii, eines mindestens trifunktionellen Vernetzers oder mindestens difunk- tionellen Kettenverlängerers und
0,1 bis 2 Gew.-% eines Gleit- oder Trennmittels.
Bevorzugt sind weiterhin Clingfolien enthaltend die zuvor genannten Formulierungen.
Die Herstellung der vorgenannten Formulierungen und erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Polyestermischungen aus den einzelnen Komponenten kann nach bekannten Verfahren erfolgen (EP 792 309 und US 5,883,199). Beispielsweise können alle Mischungspartner in einem Verfahrensschritt in dem Fachmann bekannten Misch- Vorrichtungen, beispielsweise Knetern oder Extrudern bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise von 120°C bis 250°C, gemischt und zur Reaktion gebracht werden.
Typische Polyestermischungen zur Clingfilmherstellung enthalten: a) 5 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 25 bis 35 Gew.-% eines biologisch abbaubaren Polyesters gemäß Anspruch 1 und b) 95 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 90 bis 60 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 75 bis 65 Gew.-% eines aliphatisch-aromatischen Polyesters erhältlich durch Poly- kondensation von: i) 40 bis 60 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines oder mehrerer Dicarbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure; ii) 60 bis 40 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines Terephthalsäu- rederivats;
iii) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines C2-C8- Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols; iv) 0 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Polymer erhältlich aus den Komponenten i bis iii, eines mindestens trifunktionellen Vernetzers oder difunktionellen Ket- tenverlängerers.
Weiterhin sind zur Herstellung von Clingfolien die folgenden Polymermischungen ge- eignet: a) 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.-%, eines biologisch abbaubaren Polyesters gemäß Anspruch 1 und
b) 89 bis 46 Gew.-%, vorzugsweise 79 bis 60 Gew.-%, eines aliphatisch- aromatischen Polyesters erhältlich durch Polykondensation von:
40 bis 70 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines oder mehrerer Dicarbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure;
60 bis 30 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines Terephthalsäu rederivats; v) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines C2-C8-
Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols; vi) 0 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Polymer erhältlich aus den Komponenten bis iii, eines mindestens trifunktionellen Vernetzers oder difunktionellen Ket- tenverlängerers;
1 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polymilchsäure, Polycaprolacton, Polyhydroxyalkanoat, Polyalkylencarbonat, Chitosan und Gluten und eines oder mehrerer Polyester auf Basis von aliphatischen Diolen und aliphatischen Dicarbonsäuren - und
0 bis 2 Gew.-% eines Verträglichkeitsvermittlers. Die vorgenannten Polyestermischungen enthaltend die Komponeneten a) und b) bzw. a), b) und c) eignen sich aufgrund ihres excellenten Rückstellverhaltens als Clingfolien.
Vorzugsweise enthalten die Polymermischungen ihrerseits 0,05 bis 2 Gew.-% eines Verträglichkeitsvermittlers. Bevorzugte Verträglichkeitsvermittler sind Carbonsäureanhydride wie Maleinsäureanhydrid und insbesondere die zuvor beschriebenen epoxid- gruppen-haltige Copolymere auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäu- reester. Die Epoxidgruppen tragenden Einheiten sind vorzugsweise Glycidyl(meth)- acrylate. Epoxidgruppen-haltige Copolymere des obengenannten Typs werden beispielsweise von der BASF Resins B.V. unter der Marke Joncryl® ADR vertrieben. Als Verträglichkeitsvermittler besonders geeignet ist beispielsweise Joncryl® ADR 4368. Als biologisch abbaubaren Polyester (Komponente b) ist beispielsweise Polymilchsäu- re geeignet. Polymilchsäure mit dem folgenden Eigenschaftsprofil wird bevorzugt eingesetzt:
• einer Schmelzvolumenrate (MVR bei 190°C und 2.16 kg nach ISO 1 133 von 0.5 bis 30, vorzugweise 2 bis 18 ml/10 Minuten)
· einem Schmelzpunkt unter 240°C;
• einem Glaspunkt (Tg) größer 55°C
• einem Wassergehalt von kleiner 1000 ppm
• einem Monomeren-Restgehalt (Lactid) von kleiner 0.3 %.
• einem Molekulargewicht von größer 80 000 Dalton.
Bevorzugte Polymilchsäuren sind beispielsweise NatureWorks® 3001 , 3051 , 3251 , 4020, 4032 oder 4042D (Polymilchsäure der Fa. NatureWorks oder NL-Naarden und USA Blair/Nebraska). Unter Polyhydroxyalkanoaten werden in erster Linie Poly-4-hydroxybutyrate und Poly- 3-hydroxybutyrate verstanden, weiterhin sind Copolyester der vorgenannten Hydroxy- butyrate mit 3-Hydroxyvaleraten oder 3-Hydroxyhexanoat umfasst. Poly-3-hydroxy- butyrate-co-4-hydroxybutyrate sind insbesondere von der Fa. Metabolix bekannt. Sie werden unter dem Handelsnamen Mirel® vertrieben. Poly-3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyhexanoate sind von der Fa. P&G oder Kaneka bekannt. Poly-3-hydroxybutyrate werden beispielsweise von der Fa. PHB Industrial unter dem Markennamen Biocycle® und von der Fa. Tianan unter dem Namen Enmat® vertrieben.
Die Polyhydroxyalkanoate weisen in der Regel ein Molekulargewicht Mw von 100.000 bis 1 .000.000 und vorzugsweise von 300.000 bis 600.000 auf.
Polycaprolacton wird von der Fa. Daicel unter dem Produktnamen Placcel® vermarktet.
Unter Polyalkylencarbonaten werden insbesondere Polyethylencarbonat und Polypro- pylencarbonat verstanden.
Unter teilaromatischen (aliphatisch-aromatischen) Polyestern auf Basis von aliphatischen Diolen und aliphatisch/aromatischen Dicarbonsäuren (Komponente c) werden auch Polyesterderivate verstanden wie Polyetherester, Polyesteramide oder Polyethe- resteramide. Zu den geeigneten teilaromatischen Polyestern gehören lineare nicht ket- tenverlängerte Polyester (WO 92/09654). Insbesondere sind aliphatisch/aromatische Polyester aus Butandiol, Terephthalsäure und aliphatischen C6-Ci8-Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und Brassylsäure (beispielsweise wie in WO 2006/097353 bis 56 beschrieben) geeignete Mischungspartner. Bevorzugt werden kettenverlängerte und/oder verzweigte teilaromatische Polyester. Letz- tere sind aus den eingangs genannten Schriften WO 96/15173 bis 15176, 21689 bis 21692, 25446, 25448 oder der WO 98/12242, bekannt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Mischungen unterschiedlicher teilaromatischer Polyester kommen ebenso in Betracht. Insbesondere sind unter teilaromatischen Polyestern Produkte wie Ecoflex® (BASF SE), Eastar® Bio und Origo-Bi® (Novamont) zu verstehen. Sie weisen einen im Vergleich zu den biologisch abbaubaren Polyestern des Anspruchs 1 einen höheren Terephthalsäuregehalt (aromatische Dicarbonsäure) auf.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Merkmal "biologisch abbaubar" für einen Stoff oder ein Stoffgemisch dann erfüllt, wenn dieser Stoff oder das Stoffgemisch ent- sprechend DIN EN 13432 einen prozentualen Grad des biologischen Abbaus von mindestens 90% aufweist.
Im Allgemeinen führt die biologische Abbaubarkeit dazu, dass die Polyester- Mischungen) in einer angemessenen und nachweisbaren Zeitspanne zerfallen. Der Abbau kann enzymatisch, hydrolytisch, oxidativ und/oder durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, erfolgen und meist zum überwiegenden Teil durch die Einwirkung von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilzen und Algen bewirkt werden. Die biologische Abbaubarkeit lässt sich beispielsweise dadurch quantifizieren, dass Polyester mit Kompost gemischt und für eine bestimmte Zeit gelagert werden. Beispielsweise wird gemäß DIN EN 13432 (Bezug nehmend auf ISO 14855) C02 -freie Luft durch gereiften Kompost während des Kompostierens strömen gelassen und dieser einem definierten Temperaturprogramm unterworfen. Hierbei wird die biologische Abbaubarkeit über das Verhältnis der Netto-C02-Freisetzung der Probe (nach Abzug der C02-Freisetzung durch den Kompost ohne Probe) zur maxi- malen C02-Freisetzung der Probe (berechnet aus dem Kohlenstoffgehalt der Probe) als prozentualer Grad des biologischen Abbaus definiert. Biologisch abbaubare Polyes- ter(mischungen) zeigen in der Regel schon nach wenigen Tagen der Kompostierung deutliche Abbauerscheinungen wie Pilzbewuchs, Riss- und Lochbildung. Andere Methoden zur Bestimmung der Bioabbaubarkeit werden beispielsweise in ASTM D 5338 und ASTM D 6400-4 beschrieben.
Die Clingfolien (Frischhaltefolien) werden im Allgemeinen im Dickenbereich von 10 bis 25 μηη hergestellt. Das übliche Herstellungsverfahren ist die Schlauchfolienextrusion in einer Schicht als Monofolie. Daneben hat sich die Chill-Roll-Extrusion auch als Verfahren für coextrudierte Frischhaltefolien etabliert.
Die bisher im Markt befindlichen Clingfolien bestehen zum größten Teil aus PVC, Weichmacher (z.B. 20 - 30 % Dioctylphthalat) und Antifog-Additive, die ein Beschlagen der Folie bei Temperaturwechseln verhindern. Daneben haben sich Clingfolien auf LDPE-Basis durchgesetzt, die allerdings ein Cling- Additiv (Polyisobutylen) benötigen. Auch Clingfolien aus PE enthalten Antifog-Additive.
Eine spezifische Version der Clingfolie enthält ein Styrol/Butadien Copolymer (Sty- roflex), das ein hervorragendes Rückstellvermögen bei Verformung aufweist. Diese Folien werden in 3 Schichten hergestellt. Die Außenschichten enthalten ein Ethylenvi- nylacetat, das mit Antifog-Additiven ausgerüstet ist. Die Mittelschicht enthält das Sty- rol/Butadien-Copolymer, das die Festigkeit, die Dehnfähigkeit und das Rückstellvermögen bereitstellt. Clingfolien werden zum Verpacken von Obst und Gemüse aber auch Frischfleisch, Knochen und Fisch eingesetzt. Sie haben folgendes Anforderungsprofil:
1 . Extrudierbarkeit auf spezifischen Schlauchfolienanlagen:
a. Blasenstabilität bei 10 μηη
b. MFR (190°C, 2.16 kg) im Bereich von 0,3 bis 4 g/10 min.
2. Transparenz
3. Rückstellvermögen nach Verformung (Hysterese)
4. Festigkeit zur rutschfesten Verpackung des Füllgutes
5. Durchstoßfestigkeit
6. Schneidbarkeit quer zur Extrusionsrichtung
7. Antifog-Effekt zwischen Raumtemperatur und 0 °C im Kühlhaus
8. Schweißbarkeit auf der Abpackanlage oder der Handabpackung
Als Vergleich dient die traditionelle PVC-Folie:
Folien aus biologisch abbaubarem Polyester gemäß Anspruch 1 verfügen über gute Folieneigenschaften und lassen sich sehr gut auf 10 μηη ausziehen. Die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeiten in Längs und Querrichtung zur Extrusion und die Durchstoßfestigkeit liegen auf hohem Niveau.
Aus diesen Polyestern hergestellte Schlauchfolien zeigen ein stark elastomeres Verhalten. Sie erreichen höhere Festigkeiten als PVC, bevor die Folie reißt. Daher ist eine
Modifikation des Steifigkeits-Zähigkeitsverhältnisses durch den Einsatz von Verzweigern und der Herabsetzung des Terephthalsäuregehaltes für Clingfolien sinnvoll. Aus diesen Polyestern hergestellte Clingfolien können auch mit Antifog-Additiven ausgerüstet werden. Die Transparenz dieser Clingfolien ist ausreichend für die meisten Anwendungen. Sie sind allerdings nicht ganz so transparent wie PVC und daher von traditionellem PVC zu unterscheiden.
Insbesondere beeindrucken die erfindungsgemäßen Clingfolien durch die verbesserte Hysterese (Rückstellvermögen von Verformungen).
Die erfindungsgemäßen Clingfolien sind auch leichter zu schneiden, ohne dass sie längs zur Extrusionsrichtung reißen, da sich bei niedrigerem Terephthalsäuregehalt und stärkerer Verzweigung die starke Anisotropie der Folie verringert. Die Schweißbarkeit der erfindungsgemäßen Clingfolien liegt auf ähnlichem Niveau wie PVC oder PE.
Anwendungstechnische Messungen: Die Molekulargewichte Mn und Mw der teilaromatischen Polyester wurden gemäß DIN 55672-1 bestimmt Elutionsmittel Hexafluoroisopropanol (HFIP) + 0,05 Gew.-% Tri- fluoroessigsäure-Ka-Salz; Die Kalibrierung erfolgte mit eng verteilten Polymethyl- methacrylat-Standards. Die Bestimmung der Viskositätszahlen erfolgte nach DIN 53728 Teil 3, 3. Januar 1985, Kapillarviskosimetrie. Zum Einsatz kam ein Mikro- Ubbelohde Viskosimeter, Typ M-Il. Als Lösungsmittel wurde das Gemisch: Phenol/o- Dichlorbenzol im Gewichtsverhältnis 50/50 verwendet.
Der Hysteresetest wurde an 60 μηη dicken Folien gemäß DIN 53835 bei 23 °C durchgeführt. Die Folie wurde zuerst mit 120 mm/min belastet. Nach Erreichen der 50% Dehnung wurde ohne Haltezeit wieder entlastet. Dann wurde 5 Minuten lang gewartet. Danach folgte der zweite Zyklus mit 100% Dehnung in der Spitze.
Die Abbauraten der biologisch abbaubaren Polyestermischungen und der zum Vergleich hergestellten Mischungen wurden wie folgt bestimmt:
Aus den biologisch abbaubaren Polyestermischungen und den zum Vergleich hergestellten Mischungen wurden durch Pressen bei 190°C jeweils Folien mit einer Dicke von 30 μηη hergestellt. Diese Folien wurden jeweils in quadratische Stücke mit Kantenlängen von 2 x 5 cm geschnitten. Das Gewicht dieser Folienstücke wurde jeweils be- stimmt und als„100 Gew.-%" definiert. Über einen Zeitraum von vier Wochen wurden die Folienstücke in einem Trockenschrank in einer mit befeuchteter Komposterde gefüllten Kunststoffdose auf 58°C erhitzt. Im Wochenabstand wurde jeweils das verblei-
bende Gewicht der Folienstücke gemessen und auf Gew.-% (bezogen auf das zu Versuchsbeginn ermittelte und als„100 Gew.-%" definierte Gewicht) umgerechnet.
Einsatzstoffe
Polyester A1
ein Polybutylenterephthalatadipat, das wie folgt hergestellt wurde: 1 10,1 g Dimethylte- rephthalat (27 mol %), 224 g Adipinsäure (73 mol %), 246 g 1 ,4-Butandiol (130 mol %) und 0,34 ml Glycerin (0,1 Gew.-% bezogen auf das Polymer) wurden zusammen mit 0,37 ml Tetrabutylorthotitanat (TBOT) gemischt, wobei das Molverhältnis zwischen Alkoholkomponenten und Säurekomponente 1 ,30 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde auf eine Temperatur von 210°C erhitzt und bei dieser Temperatur 2h lang gehalten. Anschließend wurde die Temperatur auf 240°C erhöht und schrittweise evakuiert. Die überschüssige Dihydroxyverbindung wurde unter einem Vakuum von kleiner 1 mbar über einen Zeitraum von 3h abdestilliert. Der so erhaltene Polyester A1 wies einen Schmelzpunkt von 60°C und eine VZ von 156 ml/g auf.
Polyester A2
ein Polybutylenterephthalatadipat, das wie folgt hergestellt wurde: 583,3 g Dimethylte- rephthalat (27 mol %), 1280,2 g Adipinsäure (73 mol %), 1405,9 g 1 ,4-Butandiol (130 mol %) und 37 g Glycerin (1 ,5 Gew.-% bezogen auf das Polymer) wurden zusammen mit 1 g Tetrabutylorthotitanat (TBOT) gemischt, wobei das Molverhältnis zwischen Alkoholkomponenten und Säurekomponente 1 ,30 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde auf eine Temperatur von 210°C erhitzt und bei dieser Temperatur 2h lang gehalten. Anschließend wurde die Temperatur auf 240°C erhöht und schrittweise evakuiert. Die überschüssige Dihydroxyverbindung wurde unter einem Vakuum von kleiner 1 mbar über einen Zeitraum von 2h abdestilliert. Der so erhaltene Polyester A2 wies einen Schmelzpunkt von 60°C und eine VZ von 146 ml/g auf. Polyester A3
ein Polybutylenterephthalatadipat, das wie folgt hergestellt wurde: 697,7 g Terephthal- säure (35 mol %), 1 139,9 g Adipinsäure (65 mol %), 1405,9 g 1 ,4-Butandiol
(130 mol-%) und 37,3 ml Glycerin (1 ,5 Gew.-% bezogen auf das Polymer) wurden zusammen mit 2,12 ml Tetrabutylorthotitanat (TBOT) gemischt, wobei das Molverhältnis zwischen Alkoholkomponenten und Säurekomponente 1 ,30 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde auf eine Temperatur von 210°C erhitzt und bei dieser Temperatur 2h lang gehalten. Anschließend wurde die Temperatur auf 240°C erhöht und schrittweise evakuiert. Die überschüssige Dihydroxyverbindung wurde unter einem Vakuum von kleiner 1 mbar über einen Zeitraum von 2h abdestilliert. Der so erhaltene Polyester A3 wies einen Schmelzpunkt von 80°C (breit) und eine VZ von 191 ml/g auf.
Polyester A4
ein Polybutylenterephthalatadipat, das wie folgt hergestellt wurde: 726,8 g Terephthal- säure (35 mol %), 1 187,4 g Adipinsäure (65 mol %), 1464,5 g 1 ,4-Butandiol
(130 mol %) und 372,06 ml Glycerin (0,1 Gew.-% bezogen auf das Polymer) wurden zusammen mit 2,21 ml Tetrabutylorthotitanat (TBOT) gemischt, wobei das Molverhältnis zwischen Alkoholkomponenten und Säurekomponente 1 ,30 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde auf eine Temperatur von 210°C erhitzt und bei dieser Temperatur 2h lang gehalten. Anschließend wurde die Temperatur auf 240°C erhöht und schrittweise evakuiert. Die überschüssige Dihydroxyverbindung wurde unter einem Vakuum von kleiner 1 mbar über einen Zeitraum von 3h abdestilliert. Der so erhaltene Polyester A4 wies einen Schmelzpunkt von 80°C und eine VZ von 157 ml/g auf.
Polyester B1
ein Polybutylenterephthalatadipat, das wie folgt hergestellt wurde: 87,3 kg Dimethylte- rephthalat (44 mol %), 80,3 kg Adipinsäure (56 mol %), 1 17 kg 1 ,4-Butandiol und 0,2 kg Glycerin (0,1 Gew.-% bezogen auf das Polymer) wurden zusammen mit 0,028 kg Tetrabutylorthotitanat (TBOT) gemischt, wobei das Molverhältnis zwischen Alkoholkomponenten und Säurekomponente 1 ,30 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde auf eine Temperatur von 180°C erhitzt und bei dieser Temperatur 6h lang umge- setzt. Anschließend wurde die Temperatur auf 240°C erhöht und die überschüssige Dihydroxyverbindung unter Vakuum über einen Zeitraum von 3h abdestilliert. Anschließend wurden bei 240°C 0,9 kg Hexamethylendiisocyanat innerhalb 1 h langsam zudosiert. Der so erhaltene Polyester B1 wies eine Schmelztemperatur von 1 19°C und ein Molekulargewicht (Mn) von 23000 g/mol, Molekulargewicht (Mw) von 130000 g/mol auf.
Polyester C1
Polymilchsäure der Fa. NatureWorks 4042D® Verträglichkeitsvermittler D1
Joncryl ADR 4368CS
Beispiele: Die Polyester A1 , A3, A4 und Vergleichsbeispiel B1 wurden an der Heißpresse zu den Pressfolien FA1 ; FA3, FA4 und Vergleichsfolie FB1 verarbeitet und einem Hysteresetest unterworfen.
Herstellung der Pressfolien
2,5g Polyester wurde im Rahmen (60μηη, 20x20cm) verteilt. Die Rahmen wurden in die Presse gelegt. Anschließend wurde das Polymer auf einer Temperatur von 160°C er-
hitzt und bei dieser Temperatur 10min. Danach wurden die Pressplatten auf den Polymerfolien angelegt und schrittweise bis 200 bar aufgedrückt. Nach 2 min wurden die Pressplatten bis RT abgekühlt und entspannt. Hysteresetest
Der Hysteresetest wurde an 60 m dicken Folien gemäß DIN 53835 bei 23 °C durchgeführt. Zuerst wurden die Folien wurden zum 4mm * 25mm geschnitten. Solche Folie wurde dann mit 120 mm/min belastet. Nach Erreichen der 50% Dehnung wurde die Folie ohne Haltezeit entlastet (erste Messung des Rückstellvermögens). Dann wurde 6 Minuten lang gewartet. Danach folgte der zweite Zyklus mit der 100% Dehnung in der Spitze.
Die Messungen zeigen, dass die Folien, die aus einem Polyester mit niedrigem Te- rephthalsäuregehalt wie beispielsweise FA1 bestehen, eine höhere Rückstellkraft aufwiesen als die Vergleichsfolie FB1 . Eine weitere Erhöhung der Rückstellkraft erfuhren Folien mit einem hohen Vernetzergehalt (FA3 im Vergleich zu FA4).