Verwendung einer Additivzusammensetzung zum kontrollierten beschleunig- ten Abbau von Kondensationspolymeren
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Mischung bestehend aus mindes- tens einem aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyol, insbes. einem Alditol oder Cyclitol und mindestens einer organischen Phosphorverbindung als unter protischen Bedingungen als die Hydrolyse von Kondensationspolymeren kata lysierendes Additiv (Hydrolysekatalysator). Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kondensationspolymer-Zusammensetzung, die mindestens ein aliphati- sches oder cycloaliphatisches Polyol, insbes. ein Alditol und/oder Cyclitol, mindestens eine organische Phosphorverbindung, und mindestens ein Kon densationspolymer enthält und frei ist von einer wie untenstehend definier ten Verbindung gemäß Formel IV. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Formmasse oder ein Formteil, das aus der erfindungsgemäßen Kondensati- onspolymer-Zusammensetzung herstellbar ist. Zuletzt ist die Erfindung auf ein
Verfahren zur Herstellung der Kondensationspolymer-Zusammensetzung ge richtet.
Polyester, zum Beispiel PET, oder Polyamide, zum Beispiel PA 6, sind wichtige Kunststoffe für Verpackungen und technische Anwendungen. In vielen Fällen sind diese Kunststoffe für langjährige Einsatzzwecke vorgesehen. Eine hohe Stabilität der Polymere gegenüber äußeren Einflüssen ist mithin erwünscht.
In letzter Zeit steigt jedoch auch die Nachfrage nach Kunststoffen mit ver gleichsweise schneller Abbaubarkeit. Um diese Nachfrage zu befriedigen, eig nen sich Kondensationspolymere in besonderem Maße. Grund hierfür ist, dass sich Kondensationspolymere hydrolytisch zu niedermolekularen, kurzkettigen Bruchstücken mit funktionellen Gruppen spalten lassen. Die Bruchstücke wer den von einigen Mikroorganismen metabolisiert und können dadurch einem natürlichen Stoffkreislauf zugeführt werden.
Zudem gehen die Anstrengungen im Sinne einer nachhaltigen Chemie dahin, dass Polykondensationsprodukte vermehrt aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Die Bedeutung von Kondensationspolymeren wie
Polymilchsäure (PLA), Poly-3-hydroxybutyrat, Poly-3-hydroxyvalerat, Poly- (butylensuccinat) oder Poly(butylensuccinat-co-adipat) nimmt zu. Sie ersetzen die ölbasierten Kunststoffe immer häufiger und haben sich in der Verpa ckungsindustrie und bei Agraranwendungen bereits etabliert.
Obwohl die Polykondensationsprodukte aus nachwachsenden Rohstoffen eine relativ hohe Abbaurate besitzen und sich im Vergleich zu herkömmlichen Kondensationspolymeren vergleichsweise gut kompostieren lassen, besteht der Bedarf, auch den Abbau dieser Polymere weiter zu beschleunigen. Gleich zeitig soll aber vermieden werden, dass es bei der Verarbeitung
Polykondensat-Rohprodukts zu Problemen kommt und dass bei der Herstel lung verschiedener Kunststoffteile eine thermische (Vor)-Schädigung eintritt.
Sowohl für die Abbaubeschleunigung als auch für die Stabilisierung bei der Herstellung gibt es in der Literatur bereits verschiedene Ansätze. Diese Ansät ze sind jedoch nicht miteinander vereinbar, so dass Kondensationspolymer- Zusammensetzungen, die sich ohne thermische Schäden zu Formteilen verar beiten lassen und nach bestimmungsgemäßer Verwendung schnell abgebaut werden, bisher nicht zugänglich waren.
Ansätze zur Abbaubeschleunigung:
Der Abbau von Kondensationspolymeren kann durch besondere Umgebungs bedingungen, zum Beispiel durch den Einsatz ausgewählter Mikroorganismen (W. Pattanasuttichonlakul et al., International Biodeterioration & Biodegrada tion, 2018, 132, 74-83) oder Enzyme (WO 2005/063037 Al) beschleunigt wer den. Eine andere Möglichkeit ist der Zusatz von abbaufördernden Additiven. Hier sind einerseits Silica Nanopartikel zu erwähnen, die dafür bekannt sind, einen photokatalytischen Abbau zu bewirken (P. Georgiopoulus et al., Journal of Biomaterials Applications, 2014, 29, 662-674). Auch oxidationsfördernde Zusätze, wie zum Beispiel Manganstearat (CN 103408827), kommen zur Ab baubeschleunigung in Betracht. Eine weitere Methode, Einfluss auf die Ab baugeschwindigkeit von PLA zu nehmen, ist die Zugabe anorganischer Füll stoffe wie zum Beispiel MgO oder ZnO (US 2014/0360728 Al) oder organi scher Füllstoffe wie zum Beispiel Chitosan oder Keratin (M. A. Elsawy et al., Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017, 79, 1346-1352). Darüber hinaus können natürlich auch Blends aus PLA und schnell abbaubaren Polyme ren hergestellt werden, wie zum Beispiel Blends von PLA mit
Poly(butylensuccinat) (Y. Wang et al., Polym. Bull. 2016, 73, 1067-1083).
Die oben genannten Methoden zur Abbaubeschleunigung können aber ent weder erst nach bestimmungsgemäßer Nutzung der Kunststoffteile ange wandt werden (Mikroorganismen, Enzyme) oder sie bringen andere Nachteile mit sich. Photokatalytisch wirkende oder oxidationsfördernde Zusätze verän dern beispielsweise die Abbaucharakteristik des Polymers grundsätzlich, wäh rend die Zugabe von Füllstoffen oder die Herstellung eines Blends mit anderen Polymeren zu anderen mechanischen Eigenschaften des Materials führt.
Des Weiteren findet der Abbau bekannter Kondensationspolymere oft nur bei besonders niedrigen oder hohen pH-Werten statt, da eine säure- bzw. basen katalysierte Spaltung einer Estergruppe stattfinden muss (A. Göpferich, Bio materials 1996, 17, 103-114). Eine saure oder basische Umgebung bei der Verarbeitung ist jedoch kontraproduktiv, da dadurch bereits eine starke Schä digung des Polymers stattfindet.
Ansätze zur Stabilisierung:
Aus der WO 94/07949 Al ist bekannt, dass Kondensationspolymere mit Hilfe von Phosphiten stabilisiert werden können. Auch die Kombinationen von Phosphiten mit weiteren Stabilisatoren, beispielsweise Antioxidantien, ist üblich und beispielsweise in der WO 2010/000638 Al beschrieben. Weiterhin offenbart die EP 2 558 737 Al, eine Kondensationspolymer-Zusammensetzung die einen ausgewählten Phosphit-Stabilisator und ein cyclisches Polyol ent hält.
Weitere Additivkombinationen sind in dem beschriebenen Kontext nicht bekannt.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Methode anzugeben, mit der sowohl eine Stabilisierung eines Kondensationspolymers im Rohpro duktzustand als auch ein beschleunigter Abbau des daraus hergestellten Formteils nach seiner bestimmungsgemäßen Verwendung realisiert werden kann. Des Weiteren war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entspre chend stabilisierte Kondensationspolymer-Zusammensetzung mit beschleu nigter Abbaubarkeit bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Methode mit den Merkmalen des Patent anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Kondensationspolymer-Zusammensetzung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Mit Pa tentanspruch 17 gibt ein Verfahren an, mit dem die Kondensationspolymer- Zusammensetzung hergestellt werden kann. Gemäß Patentanspruch 19 be trifft die vorliegende Erfindung eine Formmasse oder ein Formteil, herstellbar aus der Kondensationspolymer-Zusammensetzung. Verwendungszwecke der Kondensationspolymer-Zusammensetzung werden in Patentanspruch 20 an gegeben. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Wei terbildungen dar.
Die Erfindung betrifft somit die Verwendung einer Mischung bestehend aus mindestens einem Polyol, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphati schen oder cycloaliphatischen Polyolen (A) und mindestens einem organi schen Phosphorverbindung (B) als unter protischen Bedingungen die Hydroly-
se von Kondensationspolymer katalysierendes Additiv (Hydrolysekatalysator).
Unter einem Hydrolysekatalysator wird eine Stoffmischung verstanden, wel che die hydrolytische Spaltung der kovalenten Bindungen in dem Kondensati onspolymer fördert und dadurch die Abbaugeschwindigkeit des Kondensati onspolymers durch Hydrolyse erhöht.
Die Erhöhung des hydrolytischen Abbaus kann z.B. anhand von Vergleichsver suche von die beschriebene Mischung enthaltenden Polykondensationspoly meren mit die beschriebene Mischung nicht enthaltenden Polykondensati onspolymeren unter protischen Bedingungen (z.B. bei Anwesenheit von Was ser) ermittelt werden. Beispielsweise kann der hydrolytische Abbau anhand des Schmelzflussindex (z.B. der Schmelzvolumenfließrate (MVR), bestimmbar gemäß EN ISO 1133-1: 2011 ) ermittelt werden, wobei ein erhöhter Schmelz flussindex für einen erhöhten Abbau und damit für eine erhöhte
Hydrolyserate spricht.
Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass die Hydrolyserate durch Einarbeiten der beschriebenen Mischung in Polykondensationspolymere deutlich erhöht ist, wenn ein die Mischung enthaltendes Polykondensati onspolymer protisch-hydrolysierenden Bedingungen ausgesetzt wird.
Bevorzugt kann die Mischung simultan als unter aprotischen Bedingungen (z.B. in Abwesenheit von Feuchtigkeit) thermisch stabilisierendes Additiv für ein Polykondensationspolymer verwendet werden.
Unter einem thermisch stabilisierenden Additiv wird eine Stoffmischung ver standen, die den temperaturbedingten Abbau von Kondensationspolymeren reduziert. Ein verringerter Abbau ist besonders bei der Weiterverarbeitung des Rohpolymers von großer Bedeutung. Bei der Extrusion von
Polymerschmelzen, bei der fast immer ein unerwünschter thermischer Abbau des jeweiligen Polymers beobachtet wird, kann ein stabilisierendes Additiv beispielsweise effektiv eingesetzt werden.
Der Grad der thermischen Stabilisierung kann festgestellt werden, indem das Molekulargewicht, die Viskosität oder der Schmelzflussindex (z.B. der
Schmelzvolumenfließrate (MVR)) sowohl vor als auch nach Temperatureinwir kung an dem Kondensationspolymer gemessen werden. Eine lediglich kleine Änderung in den Werten der genannten Messgrößen spricht für einen hohen Grad an thermischer Stabilisierung.
Unter aprotischen Bedingungen wird verstanden, dass nur Moleküle anwe send sind, die nicht über funktionelle Gruppen verfügen, aus denen Wasser stoff-Atome als Protonen abgespalten werden können. Derartige Bedingun gen treten beispielsweise bei der thermoplastischen Verarbeitung von Poly kondensationspolymeren, insbesondere thermoplastischen Polykondensati onspolymeren (insbesondere während der Extrusion) in weitgehender Abwe senheit von Feuchtigkeit auf. Im Gegensatz hierzu ist bei protischen Bedingungen mindestens ein Lösungsmittel oder eine sonstige Verbindung vorhan den, das/die Protonen abgibt wie z.B. Wasser.
Hierbei ist es völlig überraschend und nicht vorhersehbar, dass dieselbe Mi schung einerseits einen hydrolytischen Abbau der Polykondensationspolyme re beschleunigt, andererseits gleichzeitig unter aprotischen Bedingungen eine thermische Stabilisierung der Polykondensationspolymere gewährleisten kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kondensationspolymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
- Polyestern aus aliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäuren und Diolen oder aus Hydroxycarbonsäuren wie z.B. Polymilchsäure (PLA), Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat, Poly(butylen- adipat) (PBA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylenterephthalat (PPT), Polyethylennaphthylat, Poly- 1,4-dimethylolcyclohexanterephthalat, Polyhydroxybenzoat, Poly- hydroxynaphthalat,
- Polycarbonaten oder Polyestercarbonaten;
- Polyamiden wie z.B. PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 4.6, PA 4.10, PA 6.12, PA 10.10, PA 12.12, PA 10.12, PA 11, PA 12;
- teilaromatischen Polyamiden wie z.B. Polyphthalamiden, z.B. herge stellt aus Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure und aliphatischen Diaminen oder aus aliphatischen Dicarbonsäuren wie z.B. Adipinsäure
oder Sebazinsäure und aromatischen Diaminen wie z.B. 1 ,4- oder 1,3- Diaminobenzol;
- sowie Mischungen, Kombinationen oder Blends aus zwei oder mehr der zuvor genannten Polymere.
Vorzugsweise ist das Kondensationspolymer ausgewählt aus der Gruppe be stehend aus PLA, Poly(butylenadipat) (PBA), Polycaprolacton (PCL), Poly-3- hydroxybutyrat, Poly-4-hydroxybutyrat, Poly-3-hydroxyvalerat, Poly(hexa- methylensuccinat), Poly(butylensuccinat) sowie Copolymeren wie z.B.
Poly(butylensuccinat-co-adipat und Mischungen oder Blends aus zwei oder mehr der zuvor genannten Polymere.
Die genannten Polykondensationspolymere können durch Kondensationsre aktionen aus alpha, omega funktionellen Monomeren oder aus mehreren difunktionellen Monomeren durch Kondensationsreaktionen z.B. unter Ab spaltung von Wasser nach üblichen technischen Verfahren hergestellt wer den. Ebenso ist es jedoch möglich, diese Polymeren durch ringöffnende Poly merisation zu synthetisieren, beispielsweise werden Polylactide
(Polymilchsäure) aus Lactid durch ringöffnende ionische Polymerisation erhalten.
Vorteilhafterweise wird die Mischung aus dem mindestens einem Polyol, aus gewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyolen und der mindestens einer organischen Phosphorverbindung als Sta bilisator bzw. Hydrolysekatalysator für PLA, PBA und Copolymere hiervon verwendet, wobei die PLA-Copolymere bevorzugt durch ringöffnende Polyme risation von D-Lactid und/oder L-Lactid mit Comonomeren ausgewählt aus Hydroxycarbonsäuren, insbesondere Glycolsäure, 4-Hydroxybuttersäure, 3 Hydroxybuttersäure, 3-Hydroxyvaleriansäure oder Mandelsäure; Diolen, ins besondere Ethylenglycol oder Butandiol; und/oder Carbonsäuren, insbeson dere Adipinsäure, Sebazinsäure oder Terephthalsäure erhalten wurden.
Sofern es sich bei den oben angegebenen Kondensationspolymeren um Copolymere handelt, können diese in Form von statistischen („random"), Block- oder„tapered" Strukturen vorliegen.
Weiterhin ist bevorzugt, dass das mindestens eine aliphatische oder cycloaliphatische Polyol (A) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolen mit mindestens vier OH-Gruppen, bevorzugt aus Alditolen und/oder Cyclitolen mit mindestens vier OH-Gruppen, insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Threit, Erythrit, Galactit, Mannit, Ribit, Sorbit, Xylit, Arabit, Isomalt, Inosit, Lactit, Maltit, Altritol, Iditol, Maltotriol, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Tripentaerythrit und Mischungen hiervon, besonders bevor zugt sind myo-lnosit und Sorbit.
Bevorzugt ist die mindestens eine organische Phosphorverbindung ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Phosphiten, organischen Phosphoniten, organischen Phosphonaten oder organischen Phosphaten sowie Mischungen und Kombinationen hiervon
Besonders bevorzugt ist mindestens ein organisches Phosphit (B) in der Mi schung enthalten, dieses kann z.B. ein leicht hydrolisierbares Phosphit wie z.B. ein Phosphit mit aliphatischen Gruppen sein. Bevorzugt ist das mindestens eine Phosphit ein Phosphit mit der allgemeinen Formel (I)
wobei die Substituenten R1, R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus gegebenenfalls substituierten
C4-C32-Alkyl-, Cycloalkyl- und Arylresten, oder der Substituent R1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus gegebenenfalls substituierten C4-C32-Alkyl-, Cycloalkyl- und Arylresten und R2 mit R3 zu einem zyklischen System, insbe sondere einem Spiro-Zyklus, verbunden ist.
Kondensationspolymer-Zusammensetzungen mit sehr guten Eigenschaften werden erhalten, wenn das mindestens eine organische Phosphit (B) in der verwendeten Mischung eine der nachfolgenden Formeln (II) oder (III) auf weist,
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wobei R1 ausgewählt ist aus gegebenenfalls substituierten C4-C32-Alkyl- oder Arylresten.
Ferner ist es bevorzugt, wenn eine Mischung verwendet wird, in der das min¬
10 destens eine organische Phosphit (B) aus den nachfolgenden Verbindungen
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bei denen n = 1-100, vorzugsweise 2-10 ist
oder aus der Gruppe bestehend aus Trilaurylphosphit, Triisodecylphosphit, Tridecylphosphit, Trihexadecylphosphit (Tricetylphosphit), Trioctadecyl- phosphit, Tribehenylphosphit, Triarachidylphosphit, Tricerylphosphit, Tri cetylphosphit und Trioleylphosphit
ausgewählt ist.
Weitere bevorzugte Phosphite enthalten als Substituenten eine oder mehrere Benzofurangruppen. Diese Verbindungen sind z.B. wie in WO 2017/025431 Al beschrieben zugänglich. Der Offenbarungsgehalt dieser Publikation hinsichlich der genannten Benzofuran-substituierten Phosphite wird auch zum Gegen stand der vorliegenden Patentanmeldung gemacht. Beispielhafte Phosphite sind z.B.
Zudem ist das mindestens eine organische Phosphit (B) vorteilhafterweise frei von einer Verbindung gemäß Formel (IV)
bei der R20 und/oder R21 bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Ci-g-Alkylgruppe, eine Cs-s-Cycloalkylgruppe, eine C6-i2- Alkylcycloalkylgruppe, eine C7-i2-Aralkylgruppe oder eine Phenylgruppe sind, R23 und R24 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Ci_8- Alkylgruppe, eine C5.8-Cycloalkylgruppe, eine C6-i2-Alkyicycloalkylgruppe, eine C7-i2-Aralkylgruppe oder eine Phenylgruppe sind,
R22 bei jedem Auftreten ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe ist,
L5 eine Einfachbindung, ein Schwefelatom oder eine zweiwertige Gruppe gemäß der Formel (IVa)
(IVa)
R25-C- H ist, wobei R25 ein Wasserstoffatom, eine Ci-8-Alkylgruppe oder eine Cs-8- Cycloalkylgruppe bedeutet,
L6 eine C2-s-Alkylengruppe oder eine zweiwertige Gruppe gemäß der For mel (IVb)
ist, wobei L7 eine Einfachbindung oder eine Ci-8-Alkylengruppe ist, und * eine Sauerstoff bindungsstelle darstellt, und
einer von Z1 und Z2 eine Hydroxylgruppe, eine Ci-8-Alkylgruppe, eine Ci-8- Alkoxygruppe oder eine C7.i2-Aralkyloxygruppe ist und der andere ein Wasser stoffatom oder eine Ci-8-Alkylgruppe ist.
Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Mischung bevorzugt frei von den Verbindungen gemäß der allgemeinen Formel IV ist.
Bevorzugte Phosphate entsprechen strukturell den oben angegebenen Phos- phiten und können beispielsweise durch Oxidation dieser Phosphite zum ent sprechenden Phosphat erhalten werden. Insbesondere bevorzugte Phosphate sind Trilaurylphosphat, Triisodecylphosphat, Tridecylphosphat,
Trihexadecylphosphat, Trioctadecylphosphat, Tribehenylphosphat,
Triarachidylphosphat, Tricerylphosphat, Tricetylphosphat und
Trioleylphosphat. Geeignet sind weiterhin Diphosphate und Polyphosphate. Die den Phosphaten zugrundeliegende Phosphorsäure kann dabei auch nur teilweise verestert vorliegen wie z.B. Monostearylphosphat oder
Distearylphosphat oder als Gemisch eines Monoalkylphosphats, eines Dialkylphosphats und/oder eines Trialkylphosphats.
Ein bevorzugtes Phosphonit ist:
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Mischung verwendet, in der das Gewichtsverhältnis von Komponente (A) zu Komponente (B) von 1:10 bis 10:1, bevorzugt von 1:5 bis 2:1, beträgt.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Kondensationspolymer- Zusammensetzung, enthaltend oder bestehend aus
A) mindestens ein Polyol, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyolen,
B) mindestens einer organischen Phosphorverbindung, und
C) mindestens ein Kondensationspolymer,
und die frei ist von einer Verbindung gemäß der oben definierten Formel (IV).
Bezüglich bevorzugter Ausführungsformen, die die einzelnen Komponenten (A) bis (C) betreffen wird auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen, die uneingeschränkt auch für die Zusammensetzung gelten.
Dabei ist bevorzugt, dass die Kondensationspolymer-Zusammensetzung 0,01 bis 5,00 Gew.-Teile, bevorzugt 0,05 bis 3,00 Gew.-Teile, mindestens eines Polyols, 0,01 bis 5,00 Gew.-Teile, bevorzugt 0,05 bis 1,00 Gew.-Teile mindes tens einer organischen Phosphorverbindung, und 90,00 bis 99,98 Gew.-Teile, bevorzugt 96,00 bis 99,90 Gew.-Teile eines Kondensationspolymers enthält oder hieraus besteht.
Die Kondensationspolymer-Zusammensetzung kann zusätzlich zu den Be standteilen (A) bis (C) mindestens einen Zusatzstoff enthalten, welcher aus gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären Antioxidantien, sekundä ren Antioxidantien, UV-Absorbern, Lichtstabilisatoren, Metalldesaktivatoren, Füllstoffdesaktivatoren, Antiozonantien, Nukleierungsmitteln,
Antinukleierungsmitteln, Schlagzähigkeitsverbesserern, Weichmachern, Gleitmitteln, Rheologiemodifikatoren, Thixotropiemitteln,
Kettenverlängerern, Verarbeitungshilfsmitteln, Entformungshilfsmitteln, Flammschutzmitteln, Pigmenten, Farbstoffen, optischen Aufhellern, anti mikrobiellen Wirkstoffen, Antistatika, Slipmitteln, Antiblockmitteln, Kopp lungsmitteln, Vernetzungsmitteln, Antivernetzungsmitteln,
Hydrophilisierungsmitteln, Hydrophobisierungsmitteln, Flaftvermittlern, Dipergiermitteln, Kompatibilisatoren, Sauerstofffängern, Säurefängern, Treibmitteln, Abbau-Additiven, Entschäumungsmitteln, Geruchsfängern, Mar kierungsmitteln, Antifoggingmitteln, Füllstoffen, Verstärkungsstoffen und Mi schungen hiervon.
Ebenso möglich ist es, dass die Kondensationspolymer-Zusammensetzung zusätzlich mindestens einen Zusatzstoff enthält, welcher ausgewählt ist aus i) Abbau-Additiven, bevorzugt organischen Übergangsmetallverbindun-
gen wie z.B. Übergangsmetallcarboxylaten, insbesondere Eisen(lll)- stearat und/oder Mangan(ll)-stearat;
ii) Weichmachern, bevorzugt Tributylacetylcitrat, Tributylcitrat,
Triethylacetylcitrat, Glyceroltriacetat, epoxidiertem Sojabohnenöl und/oder epoxidiertem Leinsamenöl;
iii) Nukleierungsmitteln, bevorzugt Talkum, Alkali- oder Erdalkalisalzen von mono- und polyfunktionellen Carbonsäuren, insbesondere von Benzoesäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, z.B. Natriumbenzoat und Aluminiumhydroxy-bis(4-tert-butyl)benzoat; Zinkglycerolat, 2,2'- Methylen-bis-(4,6-di-tert-butylphenyl)phosphat, Trisamiden und Di- amiden wie z.B. Trimesinsäuretricyclohexylamid, Trimesinsäuretri(4- methylcyclohexylamid), Trimesinsäuretri(tert-butylamid), N,N',N"- l,3,5-Benzoltriyltris(2,2-dimethyl-propanamid), 2,6-Naphthalindi- carbonsäuredicyclohexylamid; und/oder Orotsäure;
iv) Kettenverlängerern, bevorzugt Diepoxiden, Bis-Oxazolinen, Bis-Oxazo- lonen, Bis-Oxazinen, Diisocyanaten, Dianhydriden, Bis-Acyllactamen, Bis-Maleimiden, Dicyanaten, Carbodiimiden, und/oder polymeren Kettenverlängerern, z.B. Polystyrol-Polyacrylat-Polyglycidyl(meth)acrylat- Copolymeren, Polystyrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren und Po- lyethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren;
v) Füllstoffen, bevorzugt Calciumcarbonaten, Silikaten, Talkum, Glimmer, Kaolinen, Metalloxiden, Metallhydroxiden, Ruß, Graphit, Holzmehl, Fa sern von Naturprodukten wie z.B. von Cellulose; Hydrotalciten, Zeolithen und/oder Schichtsilikaten wie z.B. Montmorillonit, Bentonit, Beidelit, Mica, Hectorit, Saponit, Vermiculit, Ledikit, Magadit, lllit, Kao linit, Wollastonit, Attapulgit.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Formmasse oder ein Formteil herstellbar aus der oben beschriebenen Kondensationspolymer-Zusammen setzung. Die Formmasse oder das Formteil ist insbesondere ausgewählt aus Spritzgussteilen, Folien, Filmen, Bändern, Hohlkörpern, Schäumen und/oder Fasern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Kondensationspolymer-Zusammensetzung, bei dem eine Mischung bestehend aus mindestens einem Alditol und mindes-
tens einem organischen Phosphit in mindestens ein Kondensationspolymer eingebracht wird. Bevorzugt wird die Mischung in einem Anteil von mindes tens 0,05 Gew.-% in das Kondensationspolymer eingebracht.
Die Mischung kann in das mindestens eine Kondensationspolymer einge bracht werden, indem sie zunächst als Feststoff mit dem mindestens einen Kondensationspolymer gemischt wird und die dabei resultierende Mischung anschließend in einem Extruder aufgeschmolzen wird.
Als Verarbeitungsmaschinen bevorzugt sind Extruder wie z.B. Einschnecken extruder, Zweischneckenextruder, Planetwalzenextruder, Ringextruder, Co- Kneter, die vorzugsweise mit einer Vakuumentgasung ausgestattet sind. Die Verarbeitung kann dabei unter Luft oder ggf. unter Inertgasbedingungen er folgen.
Die erfindungsgemäße Mischung kann auch in Form eines Masterbatches oder Konzentrats, das beispielsweise 20-90 % der erfindungsgemäßen Mischung enthält, in das mindestens eine Kondensationspolymer eingebracht werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der oben beschriebenen Kondensationspolymer-Zusammensetzung für die Herstellung von Verpackun gen, insbesondere Verpackungen für Lebensmittel oder Kosmetikprodukte; in der Pharmaindustrie, insbesondere zur Verkapselung von Wirkstoffen und anderen biologisch aktiven Substanzen; in der Medizintechnik, insbesondere zur Herstellung von Verbandsmaterial und chirurgischem Nahtmaterial;
und/oder in Hygieneprodukten, insbesondere als Bestandteil von Einwegwin deln, Binden und Tampons; in landwirtschaftlichen Anwendungen, insbeson dere für die Herstellung von landwirtschaftlichen Folien wie Mulch-, Tunnel oder Lochfolien.
Die vorliegende Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher be schrieben werden, ohne die Erfindung jedoch auf die dargestellten be vorzugten Parameter beschränken zu wollen.
Es wurden verschiedene Kondensationspolymer-Zusammensetzungen (VB1- VB4 und B1-B5) hergestellt.
Als PLA wurde Luminy L 130 (< 0,5 % % D-Milchsäure gemäß Zertifikat, MVR= 8,8 cm3/10 min gemessen bei 190 °C/2.16 kg Stempelgewicht)) der Firma Corbion verwendet. Vor der Verarbeitung wurden die Polymeren für mindes- tens 16 h bei 80°C in einem Vakuumtrockenschrank getrocknet.
Als Additive wurden die nachfolgend aufgelisteten Verbindungen verwendet.
Ph-a: Songnox 6260 (Hersteller Songwon)
Ph-b: Doverphos S 9228 (Hersteller Dover)
Ph-d: Mischung von Tristearylphosphat, Distearylphosphat und Monostearylphosphat, Handelsprodukt ADK Stab AX 71 der Firma Adeka.
Al-a: myo-lnosit (ein Cyclitol)
Al-b: Dipentaerythritol (ein aliphatisches Polyol)
Al-c: Erythrit (ein Alditol)
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kondensationspolymer-Zusammen setzungen (B1-B5) und der Vergleichsbeispiele (VB1-VB4) erfolgte durch Ex trusion mit einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder„Process 11" der Firma Thermo Scientific, mit einem Schneckendurchmesser von 11 mm und einem Länge zu Durchmesser Verhältnis (LD) von 40.
Bei den Zusammensetzungen VB2-VB4 und B1-B5 wurden die Additive mit dem Matrix Polymer in einem Kunststoffbeutel manuell vermischt und volu- metrisch dosiert. Die Verarbeitung erfolgte bei einem Durchsatz von 1 kg/h und Schneckendrehzahl 200 U/min bei 200 °C.
Zur Prüfung der Hydrolysegeschwindigkeit wurde das Polymer als Granulat in Wasser bei 58 °C gelagert und nach 42 bzw. 162 h der MVR bestimmt. Die Messung des MVR erfolgte an einem Schmelzeindex-Prüfgerät MI-2 der Firma
Göttfert bei einer Prüftemperatur von 190 °C und einem Stempelgewicht von 2, 16 kg. Vor der Messung wurden die Proben für mindestens 16 h im Vaku umofen bei 80 °C getrocknet. Die Vorheizzeit betrug 4 Minuten. Angegeben ist der MVR in cm3/10 min.
Die Ergebnisse der Verarbeitungsuntersuchungen finden sich in Tabelle 1 und der Hydrolyseversuche sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 1: Verarbeitungsstabilität von PLA-Zusammensetzungen
Wie aus den Untersuchungen zur Verarbeitungsstabiliät hervorgeht führt der Zusatz eines Phosphites oder Phosphates zu einer Erhöhung des MVR, das heißt zu einem unerwünschten Abbau des Polymeren. Dieser Abbau bei der
Verarbeitung kann durch die erfindungsgemäße Kombination vermindert werden.
Tabelle 2: Wasserlagerung von PLA-Zusammensetzungen
n.b. = nicht bestimmt
Durch die verbesserte Verarbeitungsstabilität der erfindungsgemäßen Zu-
sammensetzungen erfolgt ein Abbau des Polymeren bei der Wasserlagerung ausgehend von einem höheren Molekulargewicht (niedrigerer MVR). Man sollte dadurch annehmen, dass auch der Abbau bei der Wasserlagerung ver zögert ist (was durch den alleinigen Zusatz der Alditole belegt ist), da für ein bestimmtes niedrigeres Molekulargewicht eine höhere Anzahl an Kettenspal tungen notwendig ist. Überraschenderweise wird der Abbau durch die erfin dungsgemäßen Zusammensetzungen nicht verzögert, sondern bleibt mindestens gleich oder wird sogar beschleunigt.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde als PLA Luminy L 175 (< 0,5 % D- Milchsäure gemäß Zertifikat, MVR= 4,7 cm3/10 min gemessen bei 190 °C/2.16 kg Stempelgewicht) der Firma Corbion zusammen mit den folgenden Zusätzen verwendet.
Ph-c: Weston 618F (Lieferant: Sl Group)
Ph-d: Adekastab AX-71 (s.o.) Al-d: Sorbit (ein Alditol)
Die Ergebnisse der Verarbeitungsuntersuchungen und der Hydrolyseversuche sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zeigen nur einen geringen An stieg des MVR-Wertes nach Extrusion sowie einen beschleunigten Abbau bei Wasserlagerung, nachgewiesen durch einen höheren MVR Wert, d.h. einem niedrigeren Molekulargewicht, im Vergleich zum Versuch ohne Zusatz. Die
Beschleunigung des Abbaus lässt sich durch das Verhältnis von Polyol und Phosphorkomponente kontrollieren und einstellen, wobei ein hoher Anteil an Polyol zur Verarbeitungsstabilisierung und ein hoher Anteil an Phosphorkom ponente zum beschleunigten Abbau beiträgt.