HU218160B - Biológiailag lebontható kopolimerek, ezekből álló műanyag cikkek és ezeket tartalmazó abszorbens anyagok - Google Patents

Abstract

A találmány szerinti biológiailag lebontható kopolimerek három vagytöbb, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaznak, melyek közülaz első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (I) általánosképletnek felel meg – a képletben R1 jelentése hidrogénatom vagy 1–2szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1 vagy 2 –; a második, találomraismétlődő monomer egység szerkezete a (II) általános képletnek felelmeg – amely képletben R2 jelentése 4–19 szénatomos alkil- vagyalkenilcsoport –; a harmadik, találomra ismétlődő monomer egységszerkezete a (III) általános képletnek felel meg – a képletben R3jelentése hidrogénatom vagy 1– 19 szénatomos alkil- vagyalkenilcsoport, és m értéke 1 vagy 2 –; a kopolimerben a monomeregységek 50%-a az első monomer egység szerkezetével rendelkezik; és aharmadik, találomra ismétlődő monomer egység a fent megadott első ésmásodik monomer egységtől eltérő szerkezetű, azzal a megkötéssel, hogyn és m közül az egyik értéke 2. ŕ

Description

A találmány szerinti biológiailag lebontható kopolimerek három vagy több, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaznak, melyek közül az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (I) általános képletnek felel meg - a képletben R¹ jelentése hidrogénatom vagy 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1 vagy 2 -; a második, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (II) általános képletnek felel meg - amely képletben R² jelentése 4-19 szénatomos alkilvagy alkenilcsoport -; a harmadik, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (III) általános képletnek felel meg - a képletben R³ jelentése hidrogénatom vagy 1-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport, és m értéke 1 vagy 2 -; a kopolimerben a monomer egységek 50%-a az első monomer egység szerkezetével rendelkezik; és a harmadik, találomra ismétlődő monomer egység a fent megadott első és második monomer egységtől eltérő szerkezetű, azzal a megkötéssel, hogy n és m közül az egyik értéke 2.

0—CH—(CH₂) —C (i)

R'

0— CH — CH₂— C (II)

HU 218 160 B

A leírás terjedelme 24 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 218 160 Β

A találmány tárgyát biológiailag lebontható kopolimerek, ezekből álló műanyag cikkek és ezeket tartalmazó abszorbens anyagok képezik.

A polimerek alkalmazásra találnak különböző műanyag cikkekben, így fóliákban, lapokban, szálakban, habokban, sajtolt cikkekben, ragasztókban és számos más speciális termékben. A csomagolási, mezőgazdasági, háztartási cikkek és a személyes testápolási termékek területén alkalmazva, a polimerek felhasználási ciklusa általában rövid (kevesebb mint 12 hónap). így például az élelmiszerek csomagolásánál a polimerek védőanyag szerepét töltik be, és ezeket gyorsan eldobják, miután a csomag tartalmát elfogyasztották. A háztartási termékeket, így a tisztítószerek flakonjait és a pelenkákat a termék felhasználása után azonnal eldobják.

Ezeknek a műanyagoknak a legnagyobb része a szilárdhulladék-áramba kerül gyors elenyészésre szánva, és az ezzel megtöltött területekre növekvő költséget jelentve. Történtek ugyan erőfeszítések az újrahasznosításra (recycling), de a polimerek természete és a mód, ahogy ezeket előállítják és termékekké átalakítják, korlátozza a lehetséges újrahasznosítási (újrafeldolgozási) alkalmazásokat. Még a tiszta polimerek ismételt feldolgozása is az anyag bomlását eredményezi, és ebből kifolyólag gyenge mechanikai tulajdonságokat. A kémiailag hasonló műanyagok (például a különböző molekulatömegű polietilének, amelyeket tejeskannákhoz és csomagolózacskókhoz használnak) különböző minőségei összegyűjtés után összekeverve feldolgozási problémákat okozhatnak, ami a regenerált anyagot gyengébb minőségűvé vagy használhatatlanná teszi.

Az abszorbens cikkek, így a pelenkák, egészségügyi betétek, nadrágbélések és hasonlók a műanyagok számos különböző típusát magukban foglalják. Ezekben az esetekben az újrafeldolgozás kiváltképpen költséges a különböző komponensek szétválasztásának nehézsége miatt. Az ilyen típusú eldobható (egyszer használatos) termékek általában tartalmaznak egyfajta folyadékáteresztő fedőlapanyagot, egy abszorbens magot és egy folyadék-átnemeresztő hátlapanyagot. Ez ideig az ilyen abszorbens szerkezeteket úgy állították elő, hogy például szövött, nemszövött vagy pórusos formázott fólia polietilén vagy polipropilén anyagokból készült fedőlapanyagokat használtak. A hátlapanyagok általában lágy polietilén lapokból állnak. Az abszorbens mag anyagai általában facellulóz szálak vagy facellulóz szálak kombinálva abszorbens gélképző anyagokkal. Ezek a termékek ugyan nagyrészt olyan anyagokat tartalmaznak, amelyek végül is várhatóan lebomlanak, és bár az ilyen típusú termékek csak igen kis százalékban járulnak hozzá az évente a fogyasztók által termelt összes szilárd hulladékhoz, mégis folyamatos az igény arra, hogy ezeket az eldobható termékeket olyan anyagokból szerkesszék meg, amelyek komposztálhatok.

Egy hagyományos eldobható abszorbens termék már nagyrészt komposztálható. Egy tipikus eldobható pelenka például körülbelül 80%-ban komposztálható anyagokból áll, például facellulóz szálakból és hasonlókból. A komposztálóeljárásban a szennyezett, eldobható abszorbens cikkeket feldarabolják és szerves hulladékkal összekeverik, mielőtt komposztálnák. Miután a komposztálás befejeződött, a nem komposztálható részeket elkülönítik. Ily módon még a mostani abszorbens cikkek is sikeresen feldolgozhatok ipari komposztálóberendezésekben.

Fennáll azonban az igény arra, hogy az eldobható abszorbens cikkekben csökkentsék a nem komposztálható anyagok mennyiségét. Kiváltképpen fennáll az igény arra, hogy az abszorbens cikkekben a polietilén hátlapokat komposztálható anyagból készült folyadékátnemeresztő fóliákkal helyettesítsék, mivel a hátlap a hagyományos eldobható abszorbens cikkek nem komposztálható komponenseinek tipikusan egyik fő részét képezi.

Az abszorbens cikkekhez hátlapokként alkalmazott fóliáknak azonkívül, hogy komposztálhatónak kell lenniük, számos más minőségi követelménynek is eleget kell tenniük. így például a gyantáknak hőre lágyulóknak kell lenniük, hogy a hagyományos fólifeldolgozási módszerek alkalmazhatók legyenek. Ezek a módszerek magukban foglalják az egy rétegszerkezetű öntött fóliák és fúvott fóliák extrudálását, és a több rétegszerkezetű öntött és fúvott fóliák koextrudálását. Más módszerei magukban foglalják egy anyag extrudálását bevonatként egy komposztálható szubsztrátum, így egy másik fólia, egy szövés nélküli anyag vagy egy papírszalag egyik vagy mindkét felére.

Még egyéb tulajdonságok is alapvetőek azokban a termékátalakító műveletekben, amelyekben a fóliákat abszorbens cikkek előállítására használják. Olyan tulajdonságok, mint a szakítószilárdság, szakítást modulus, tépési szilárdság és a hőre lágyulási pont nagymértékben meghatározzák, hogy egy fólia mennyire jól konvertálható.

A fenti tulajdonságokon kívül még más tulajdonságoknak is meg kell felelni az abszorbens cikk végső felhasználó kívánságainak. A fólia olyan tulajdonságai mint az ütő-hajlító szilárdság, az átütési szilárdság és a nedvességáteresztő képesség igen fontosak, mivel ezek befolyásolják az abszorbens cikk tartósságát és biztonságát viselés közben.

Ha egyszer az abszorbens cikket eldobják, és bekerül egy komposztálófolyamatba, akkor más tulajdonságok lesznek fontosak. Tekintet nélkül arra, hogy a beérkező hulladék előre aprítva volt vagy sem, lényeges, hogy a fólia vagy a nagy fóliadarabok a komposztálás kezdeti szakaszában alá legyenek vetve egy kezdeti aprításnak sokkal kisebb részekké. Máskülönben a fóliák vagy a nagy fóliadarabok kiválhatnak a komposztáramból, és soha nem képezhetik a végső komposzt részét.

A múltban tanulmányozták már különböző polihidroxi-alkanoátok biológiai lebonthatóságát és fizikai tulajdonságait. A polihidroxi-alkanoátok poliésztervegyületek, amelyeket különböző mikroorganizmusok, így baktériumok és algák termelnek. A polihidroxi-alkanoátok ugyan általános érdeklődésre tartanak számot biológiai lebonthatóságuk miatt, de tényleges felhasználásukat műanyagokként akadályozza termikus instabilitásuk. így például a poli(3-hidroxi-butirát) [PHB] természetes energiatároló terméke a baktériumoknak és algák2

HU 218 160 Β nak, és a sejtcitoplazmában külön granulátumokban van jelen. Más, biológiai úton szintetizált polimerektől, így a proteinektől és poliszacharidoktól eltérően, a PHB hőre lágyuló anyag, amely nagymértékben kristályos, és 180 °C körüli, jól definiált olvadáspontja van. Sajnos a PHB magasabb hőmérsékleten instabillá válik és az olvadási hőmérsékletéhez közel elbomlik. Ennek a termikus instabilitásnak a következtében a PHB ipari alkalmazása igen korlátozott. Az EP-A 0 0690 497 számú irat vonatkozik 3-hidroxi-butirát polimerekre [PHB].

Ezért a kutatók tanulmányoztak más polihidroxialkanoátokat, így a poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-valerát)]-ot [PHBV] abban a reményben, hogy felfedeznek olyan polihidroxi-alkanoátokat, amelyek a gyakorlati alkalmazásokhoz elegendő termikus stabilitással és más megfelelő kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Sajnos az olyan polihidroxi-alkanoátok, mint a PHB és a PHBV nehezen dolgozhatók fel hátlapként alkalmazható megfelelő fóliákká. Amint azt már említettük, a PHB termikus instabilitása az ilyen feldolgozást csaknem lehetetlenné teszi. Továbbá a PHB és a PHBV lassú kristályosodása és folyási tulajdonságai megnehezítik a fóliafeldolgozást. A PHB homopolimert és a PHBV kopolimert a 4 393 167 és 4 880 592 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás ismertette. A PHBV kopolimerek a kereskedelemben az Imperial Chemical Industries cégnél BIOPOL márkanéven kaphatók. A PHBV kopolimereket általában körülbelül 5-körülbelül 24 mól% valeráttartalommal állítják elő. A növekvő valeráttartalom csökkenti a polimer olvadási hőmérsékletét, kristályosságát és merevségét. A BIOPOL technológia áttekintését adja a „Business 2000+” (1990, télen).

Az EP-A 0 533 144 és EP-A 0 533 394 számú iratokban ismertetnek PHBV polimereket. A lassú kristályosodás következtében egy PHBV-ból előállított fólia önmagához ragad, még lehűlés után is; a PHBV egy lényeges hányada amorf marad és hosszú ideig ragadós. Az öntött fólia készítésénél, ahol a fóliát hűtőhengereken azonnal lehűtik, amikor az a fóliát sajtoló szerszámot elhagyta, a megolvadt PHBV gyakran a hengerekhez ragad, korlátozva a sebességet, amellyel a fólia feldolgozható, sőt megakadályozza a fólia leválasztását. A fuvott fóliákban a PHBV maradék ragacsossága azt idézi elő, hogy a cső alakú fólia önmagához ragad miután lehűtötték, és feltekercselésekor összeesik.

A 4 880 592 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás ismertet egy módszert egyrétegű PHBV fólia előállítására, pelenkák hátlapjaként való alkalmazásra, a PHBV-ot két réteg eldobásra szánt polimer, például poliolefin között koextrudálva, a többrétegű fóliát megfeszítve és megnyújtva, majd a poliolefinrétegeket eltávolítva, miután a PHBV-nak volt ideje kristályosodni. A visszamaradt PHBV fóliát ezután laminálják vízoldható fóliákkal vagy vízben oldhatatlan fóliákkal, így polivinilidén-kloriddal vagy más poliolefinfóliákkal. Sajnos ezek a drasztikus és terhes feldolgozási műveletek szükségesek ahhoz, hogy megkíséreljék elkerülni a PHBV-nak fóliává való feldolgozásával járó nehézségeket.

A WO 94/00506 számú irat ismertet poli(3-hidroxialkanoát) kopolimereket. A fentiek alapján igény van olyan műanyag cikkekre, amelyek biológiailag lebonthatók. Gyakorlatilag ezek a biológiailag lebontható cikkek megkönnyítik a műanyag cikkek újrafeldolgozását más, használható termékké vagy termőtalajréteggé komposztálással. Ennek az igénynek a kielégítésére először szükség van egy biológiailag lebontható polimerre, amely könnyen feldolgozható eldobható termékekben használható műanyag cikkekké.

A jelen találmány egyik célja biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoát kopolimer előállítása.

A találmány célja továbbá biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoátot tartalmazó műanyag cikkek előállítása.

A találmány egy következő célja eljárás kidolgozása biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoát felhasználására műanyag cikkek előállításához.

Végül a találmány célja biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoátot tartalmazó fóliát magában foglaló, eldobható egészségügyi ruhadarabok előállítása.

A találmány tárgyát új, biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoát kopolimerek képezik, amelyek legalább két, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaznak, melyek közül az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete az (I) általános képletnek felel meg - a képletben R* jelentése hidrogénatom vagy 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1 vagy 2 -; a második, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (II) általános képletnek felel meg - amely képletben, ha R¹ jelentése 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1, akkor R² jelentése 12-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport; ha R¹ jelentése 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 2, akkor R² jelentése 4-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport; ha R¹ jelentése hidrogénatom, és n értéke 1 vagy 2, akkor R² jelentése 4-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport -; és a találomra ismétlődő monomer egységeknek legalább 50%-a az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezetével rendelkezik, és tartalmaznak még egy vagy több, találomra ismétlődő monomer egységet, melynek szerkezete a (III) általános képletnek felel meg - a képletben R³ jelentése hidrogénatom vagy 1-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport, és m értéke 1 vagy 2 -; és a további találomra ismétlődő monomer egység a fent megadott első és második monomer egységtől eltérő szerkezetű;

azzal a megkötéssel, hogy n és m közül az egyik értéke 2.

A találmány szerinti új, biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoátok legalább három, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaznak, melyek közül az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (I) általános képletnek felel meg - a képletben R¹ jelentése hidrogénatom vagy 1 -2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1 vagy 2 -; a második, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (II) általános képletnek felel meg, amely képletben R² jelentése 4-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport; a harmadik, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (III) általános képletnek felel meg - a képletben R³ je3

HU 218 160 Β lentése hidrogénatom vagy 1-19 szénatomos alkilvagy alkenilcsoport, és m értéke 1 vagy 2 a találomra ismétlődő monomer egységeknek legalább 50%-a az első találomra ismétlődő egység szerkezetével rendelkezik; és a harmadik, találomra ismétlődő monomer egység nem azonos az első vagy második, találomra ismétlődő monomer egységgel, azzal a megkötéssel, hogy n és m közül az egyik értéke 2.

A találmány tárgyát képezik továbbá műanyag cikkek, amelyek egy találmány szerinti biológiailag lebontható kopolimerből állnak. Ezek a műanyag cikkek lehetnek fóliák, lapok, szálak, sajtolt cikkek, szövés nélküli textíliák, elasztomerek és ragasztók.

A találmány tárgyát képezik továbbá abszorbens cikkek, amelyek tartalmaznak egy folyadékáteresztő fedőlapot, egy biológiailag lebontható, folyadék-átnemeresztő hátlapot, amely a találmány szerinti biológiailag lebontható kopolimerből álló fólia, és egy abszorbens magot, amely a fedőlap és a hátlap között helyezkedik el.

A jelen találmány kielégíti az igényt olyan biológiailag lebontható kopolimerek iránt, amelyek könnyen feldolgozhatok műanyag cikkekké. A találmány kielégíti továbbá az igényt biológiailag fokozottan lebontható és/vagy komposztálható, eldobható műanyag cikkek iránt.

A leírásban az „ASTM” rövidítés jelentése „American Society fór Testing and Materials”.

A leírásban a „tartalmaz” kifejezés azt jelenti, hogy más intézkedések és más komponensek, amelyek a végeredményt nem befolyásolják elvégezhetők, illetve hozzáadhatok. A kifejezés magában foglalja az „áll valamiből” és a „lényegileg áll valamiből” jelentéseket is.

A leírásban az „alkilcsoport” telített széntartalmú láncot jelent, amely lehet egyenes vagy elágazó, és mono- vagy poliszubsztituált vagy szubsztituálatlan.

A leírásban az „alkenilcsoport” kifejezés széntartalmú láncot jelent, amely lehet egyszer telítetlen (vagyis a láncban egy kettős kötés van) vagy többszörösen telítetlen (vagyis a láncban két vagy több kettős kötés van), egyenes vagy elágazó, és mono- vagy poliszubsztituált vagy szubsztituálatlan.

A leírásban a „PHA” a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátokat jelenti.

A leírásban a „PHB” a poli(3-hidroxi-butirát) homopolimereket jelenti.

A leírásban a „PHBV” a poli[(3-hidroxi-butirát)ko-(3-hidroxi-valerát)] kopolimereket jelenti.

A leírásban a „biológiailag lebontható” kifejezés a vegyületek azon képességét jelenti, hogy végső soron teljesen szén-dioxidra és vízre vagy biomasszára bomlanak le mikroorganizmusok és/vagy természetes környezeti faktorok hatására.

A leírásban a „komposztálható” kifejezés olyan anyagot jelent, amely eleget tesz az alábbi három követelménynek : 1. az anyag szilárd hulladék komposztálására alkalmas berendezésben feldolgozható; 2. ha így feldolgozzák, az anyag a végső komposztba kerül; és 3. ha a komposztot a talajhoz használják, az anyag végül a talajban bomlik le biológiailag.

Egy szilárd hulladékban jelen lévő polimer fóliaanyagnak például, amit komposztálóberendezésben feldolgozásnak vetünk alá, nem kell szükségszerűen a végső komposztba kerülnie. Bizonyos komposztálóberendezések a szilárdhulladék-áramot levegővel osztályozzák a további feldolgozás előtt abból a célból, hogy a papírt és a többi anyagot szétválasszák. Egy polimer fóliát a legvalószínűbb módon ilyen levegővel végzett osztályozással választanak el a szilárdhulladék-áramtól, és ezért nem kerül feldolgozásra a komposztálóberendezésben. Mégis lehet „komposztálható” anyag a fenti definíció szerint, mivel az anyagot „lehetséges” feldolgozni egy komposztálóberendezésben.

Az a követelmény, hogy az anyag a végső komposztba kerüljön, általában azt jelenti, hogy a komposztálóeljárásban a lebomlás egy formáján megy keresztül. A szilárdhulladék-áramot általában alávetik egy aprító- (foszlató-) műveletnek a komposztálóeljárás egy korai fázisában. Ennek eredményeképpen a polimer fólia inkább foszlányok mint lap alakjában van jelen. A komposztálóeljárás végső fázisában a kész komposztot szitálási műveletnek vetik alá. A polimer foszlányok általában nem jutnak át a szitán, ha megtartották azt a méretüket, amellyel közvetlenül a foszlatási művelet után rendelkeztek. A találmány szerinti komposztálható anyagok elég sokat veszítenek integritásukból a komposztálóeljárás alatt, hogy lehetővé váljék a részben lebomlott foszlányok átjutása a szitán. Elképzelhető azonban, hogy egy komposztálóberendezés a szilárdhulladék-áramot igen erős foszlatásnak és elég durva szitálásnak veti alá, s ebben az esetben a nem lebontható polimerek, így a polietilén is megfelel a 2. követelménynek. Ezért egy anyagnál az, hogy a 2. követelménynek eleget tesz, nem elég ahhoz, hogy az anyag a jelen definíció szerint komposztálható legyen.

Ami a komposztálható anyagot a jelen definíció szerint megkülönbözteti egy olyan anyagtól, mint a polietilén, az a 3. követelmény, az, hogy az anyag végső soron biológiailag lebomoljék a talajban. Ez a biológiai lebonthatósági követelmény nem lényeges a komposztálóeljáráshoz vagy a komposztált talaj használatánál. A szilárd hulladék és az ebből származó komposzt tartalmazhat mindenféle biológiailag nem lebontható anyagot, például homokot. Abból a célból azonban, hogy elkerüljük az ember által előállított anyagok felhalmozódását a talajban, követelmény az, hogy az ilyen anyagok biológiailag tökéletesen lebonthatók legyenek. Egyáltalán nem szükséges viszont, hogy ez a biológiai lebomlás gyors legyen. Amennyiben maga az anyag és lebomlási köztitermékei nem toxikusak, vagy másképpen nem károsak a talajra vagy a terményekre, teljesen elfogadható, hogy biológiai lebomlásuk több hónapot, sőt éveket vegyen igénybe, mivel ez a követelmény csupán azért van, hogy elkerüljék az ember által előállított anyagok felhalmozódását a ’alajban.

Valamennyi említett kopolimer készítmény megadott arányai mólarányokra vonatkoznak, hacsak máskülönben nem írjuk elő.

HU 218 160 Β

A jelen találmány olyan biológiailag lebontható kopolimerekre vonatkozik, amelyeket meglepően könnyű feldolgozni műanyag cikkekké, főképpen fóliákká, összehasonlítva a PHB homopolimerrel és a PHBV kopolimerrel.

A leírásban használt „műanyag cikk” kifejezés fóliává, lappá, szállá, habbá, sajtolt cikké, szövés nélküli textíliává, elasztomerré vagy ragasztóvá feldolgozott kopolimert jelent.

A találmány szerinti műanyag cikkekké feldolgozható polihidroxi-alkanoátok legalább két, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaznak. Az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete az (I) általános képletnek felel meg, a képletben R¹ hidrogénatom, vagy 1 vagy 2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1 vagy 2. A második, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (II) általános képletnek felel meg, a képletben R²4-19 szénatomos alkil- vagy alkenil-csoport. A harmadik, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (III) általános képletnek felel meg, a képletben R³ jelentése hidrogénatom vagy 1-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport, és mértéke 1 vagy 2; továbbá a harmadik monomer egység nem azonos az első vagy második, találomra ismétlődő monomer egységgel; azzal a megkötéssel, hogy n és m közül legalább az egyik értéke 2.

A találmány egyik kiviteli alakjánál a találomra ismétlődő monomer egységeknek legalább 50%-a, de kevesebb mint 100%-a, előnyösen legalább 60%-a, előnyösebben legalább 70%-a, még előnyösebben legalább 80%-a, és ennél is előnyösebben legalább 90%-a az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezetével rendelkezik.

Ha egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot feldolgozunk fóliává, lappá vagy puha elasztikus szállá, akkor a találomra ismétlődő monomer egységeknek előnyösen legalább 50-99,9%-a, előnyösebben 80-99,5%-a, ennél is előnyösebben 90-99%-a az első találomra ismétlődő monomer egység szerkezetével rendelkezik.

Ha a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátokat normál szállá vagy sajtolt cikkekké (például fröccsöntéssel vagy hívással sajtolva) dolgozzuk fel, akkor a találomra ismétlődő monomer egységeknek 80-99,5%-a, előnyösebben 90-99,5%-a, ennél is előnyösebben 95-99,5%-a az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezetével rendelkezik.

Ha a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátokat elasztomerré vagy ragasztóvá dolgozzuk fel, akkor a találomra ismétlődő monomer egységeknek előnyösen 50%-a az első találomra ismétlődő monomer egység szerkezetével rendelkezik.

Ha a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátokat szövés nélküli textíliává dolgozzuk fel, akkor a találomra ismétlődő monomer egységeknek előnyösen 85-99,5%-a, előnyösebben 90-99,5%-a, még előnyösebben 95-99,5%-a az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezetével rendelkezik.

A találmány egyik kiviteli alakjában R¹ 1 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1, így képezve a 3-hidroxi-butirát monomer ismétlődő egységet.

A találmány egy másik kiviteli alakjában R* 2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1, így képezve a 3hidroxi-valerát monomer ismétlődő egységet.

A találmány egy következő kiviteli alakjában R¹ hidrogénatom, és n értéke 2, így képezve a 4-hidroxibutirát monomer ismétlődő egységet.

A találmány egy másik kiviteli alakjában R¹ hidrogénatom, és n értéke 1, így képezve a 3-hidroxi-propionát monomer ismétlődő egységet.

A találmány előnyös kiviteli alakjában R² alkilcsoport.

A találmány egy másik kiviteli alakjában a találmány szerint alkalmazott kopolimerben az egy vagy több további, találomra ismétlődő monomer egység, amelynek szerkezete a (III) általános képletnek felel meg - a képletben R³ hidrogénatom vagy 1-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport, és m értéke 1 vagy 2 -, nem azonosak az első vagy a második, találomra ismétlődő monomer egységgel. A kopolimer előnyösen 3- 20 vagy ennél több különböző, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaz.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjában R³ 1-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport, és m értéke 1.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjában R³1 szénatomos alkilcsoport, és m értéke 1, így képezve a 3hidroxi-butirát monomer ismétlődő egységet.

A találmány egy másik kiviteli alakjában R³ 2 szénatomos alkilcsoport, és m értéke 1, így képezve a 3hidroxi-valerát monomer ismétlődő egységet.

A találmány egy másik kiviteli alakjában R³ hidrogénatom, és m értéke 2, így képezve a 4-hidroxi-butirát monomer ismétlődő egységet.

A találmány egy következő kiviteli alakjában R³ hidrogénatom, és m értéke 1, így képezve a 3-hidroxipropionát monomer ismétlődő egységet.

A biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoátok szintézise

A találmány szerinti biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoátok kémiai vagy biológiai módszerekkel szintetizálhatok. A kémiai módszer magában foglalja a β-lakton monomerek gyűrűnyitással végzett polimerizációját, ahogy ezt az alábbiakban ismertetjük. Az alkalmazott katalizátorok vagy iniciátorok különböző anyagok lehetnek, így aluminoxánok, disztannoxánok vagy alkoxi-cink- és alkoxi-alumínium-vegyületek [vö. Agostini, D. E., J. B. Lando and J. R. Shelton: J. Polym. Sci. Part A-1, 9, 2775-2787 /1971/; Gross, R A., Y. Zhang, G. Konrad and R. W. Lenz: Macromolecules, 21, 2657-2668 (1988); Dubois, P., I. Barakat, R. Jerome and P. Teyssié: Macromolecules, 26, 4407-4412 (1993); Le Borgne, A. and N. Spassky: Polymer, 30, 2312-2319 (1989); Tanahashi, N. and Y. Dói: Macromolecules, 24, 5732-5733 (1991); Hori, Y., M. Suzuki, Y. Takahashi, A. Ymaguchi and T. Nishishita: Macromolecules 26,4388-4390 (1993); és Kemnitzer, J. E., S. P. McCarthy and R. A. Gross: Macromolecules, 26, 1221-1229 (1993)]. Izotaktikus polimerek előállítása elvégezhető egy enantiomerikusan tiszta monomer polimerizációjával és egy nem

HU 218 160 Β racemizáló iniciátorral, a sztereocentrum konfigurációjának a retenciójával vagy inverziójával, vagy racém monomer polimerizációjával egy olyan iniciátorral, amely preferenciával polimerizálja az egyik enantiomert.

Az [A] reakcióvázlaton például látható a PHB/ PHA találomra ismétlődő kopolimer, a képletekben R=CH₂/CH₂/_yCH₃, ahol y > 1.

A találmány szerinti természetes származású polihidroxi-alkanoátok izotaktikusak, és a polimer gerincében a sztereocentrumokban R abszolút konfigurációval rendelkeznek. Olyan izotaktikus polimerek is előállíthatók azonban, amelyekben a sztereocentrumok konfigurációja túlnyomórészt S. Mindkét izotaktikus anyag azonos fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, és többnyire ugyanolyan kémiai reaktivitással, kivéve, ha egy sztereospecifikus reagenst, így egy enzimet alkalmazunk. Ataktikus polimereket - az R és S sztereocentrumok véletlenszerű beépülésével rendelkező polimereket - előállíthatunk racém monomerekből és olyan polimerizációs iniciátorokból vagy katalizátorokból, amelyek nem mutatnak preferenciát egyik enantiomer iránt sem, míg az ilyen iniciátorok vagy katalizátorok gyakran polimerizálnak nagy optikai tisztaságú monomereket izotaktikus polimerekké (például a disztannoxán katalizátorok) [vő. Hori, Y., M. Suzuki, Y. Takahashi, A. Yamaguchi, T. Nishishita: Macromolecules, 26, 5533-5534 (1993)]. Izotaktikus polimereket előállítnatunk racém monomerekből is, ha a polimerizációs katalizátor fokozott reaktivitással rendelkezik az egyik enantiomerre a másikkal szemben. A preferencia mértékétől függően, külön R vagy S sztereohomopolimerek, sztereo-tömbkopolimerek vagy sztereo-tömbkopolimerek és sztereo-homopolimerek keveréke állítható elő [vő. Le Borgne, A. and N. Spassky, N.: Polymer, 30, 2312-2319 (1989); Tanahashi N. and Y. Dói: Macromolecules, 24, 5732-5733 (1991); and Benvenuti M. and R.W. Lenz: J. Polym. Sei: Part A: Polym. Chem., 29, 793-805. (1991)]. Ismeretes, hogy bizonyos iniciátorok vagy katalizátorok túlnyomóan szindiotaktikus polimereket - váltakozó R és S sztereocentrum ismétlődő egységekkel rendelkező polimereket - termelnek racém monomerekből [vö. Kemnitzer, J. E., S. P. McCarthy and R. A. Gross: Macromolecules, 26, 1221-1229 (1993)], míg bizonyos iniciátorok vagy katalizátorok mindhárom típusú sztereopolimereket termelik [vö. Hocking, P. J. and R. H. Marchessault: Polym. Bull. 30, 163-170(1993)].

A poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-alkanoát)] kopolimereket, amelyekben a 3-hidroxi-alkanoát komonomer 3-alkil-P-propiolakton, és ebben az alkilcsoport legalább három szénatomos, például a következőképpen állítjuk elő. Megfelelő intézkedéseket teszünk a levegő és a nedvesség kizárására. A lakion monomereket (tisztítva, szárítva és inért atmoszférában tárolva), a β-butirolaktont és egy 3-alkil-p-propiolaktont a kívánt mólarányban fecskendővel vagy kanüllel, kemencében szárított, argonnal átöblített és lánggal kezelt, gumiszeptummal ellátott bórszilikát üvegcsőbe vagy lombikba adagoljuk. A polimerizációs katalizátort toluolos oldat alakjában fecskendővel visszük be. A csövet elővigyázatosan mozgatva a reagenseket összekeverjük (úgy, hogy a gumiszeptummal ne érintkezzenek), majd olajfürdőben a kívánt hőmérsékleten előírt ideig melegítjük. Ahogy a reakció előrehalad, a keverék viszkózus lesz, esetleg megszilárdul. Ha izotaktikus polimert állítunk elő, akkor szilárd polimer csapadékok válnak ki addig, amíg az egész massza megszilárdul. Ezután a terméket lehűtjük, eltávolítjuk a csőből, és a maradék monomert vákuumszárítással eltávolítjuk. Az anyagot feloldhatjuk egy megfelelő oldószerben (például kloroformban), és egy nem oldószerben (például éter/hexán 3:1 térfogatarányú keverékében) kicsapva kitermeljük, és vákuumban szárítjuk. A molekulatömeget szabványmódszerekkel meghatározzuk, így méret szerint elválasztásos kromatográfiával (size exclusion chromatography=SEC, ismert még mint gélpermeációs kromatográfia=GPC). A polimerek komonomertartalmát MMR spektroszkópiával határozzuk meg.

A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok szintetizálásának egy előnyös módszerénél az iniciátor egy alkil-cink-alkoxid, amit a „Polymerization of βSubstituted-p-Propiolactones Initiated by Alkylzinc Alkoxides” című amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés ismertetett (The Procter and Gamble Company, bejelentve 1994. január 28-án). Ezek az iniciátorok az R'ZnOR² általános képletűek, amelyben R¹ és R² egymástól függetlenül 1-10 szénatomos alkilcsoport. A szintézis egy előnyös módja szerint az iniciator etil-cink-izopropoxid, metil-cink-izopropoxid, etil-cink-etoxid vagy etil-cink-metoxid, előnyösebben éti 1-cink-izopropoxid.

A találmány szerint alkalmazható más kopolimereket előállíthatunk úgy, hogy a fenti eljárásban alkalmazott kiindulási anyagokat (monomereket) olyan 3alkil-p-laktonokkal helyettesítjük, amelyek megfelelnek a végtermék kopolimerben kívánt monomer egységeknek.

A találmány szerint alkalmazható, biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoátok biológiai szintézise elvégezhető fermentációval, a megfelelő organizmusok (természetes vagy genetikailag előállított) alkalmazásával, a megfelelő kiindulási anyagból (egy- vagy többkomponensű). A biológiai szintézis elvégezhető genetikailag előállított botanikai fajokkal is a megfelelő kopolimerek előállítására (vö. WO/93-02187 számú szabadalmi bejelentés; és a 08/108 193 sorszámú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés).

Kristályosság

Egy szemikristályos polimer (vagy kopolimer) térfogat-százalékos kristályossága (Φ_ε) gyakran meghatározza, hogy a polimer a végső felhasználáshoz milyen típusú tulajdonságokkal rendelkezik. így például a nagymértékben (több mint 50%-ban) kristályos polietilén-polimerek erősek és merevek, és megfelelnek például olyan termékekhez, mint a műanyag tejkonténerek. A kevéssé kristályos polietilének viszont puhák és ellenállóak, és megfelelnek olyan termékekhez mint az élelmiszer-csomagoló anyagok és szemeteszsákok. A kristályosság

HU 218 160 Β számos eljárással meghatározható, így röntgendiffrakcióval, differenciálkalorimetriával (DSC), sűrűségmérésekkel és infravörös abszorpcióval. A legmegfelelőbb eljárás a vizsgálandó anyagtól függ.

A röntgendiffrakció a legmegfelelőbb, ha keveset lehet tudni az anyag termikus tulajdonságairól, és kristályszerkezeti változások következhetnek be. Az alapelv azon a tényen alapszik, hogy az anyag amorf részei a röntgensugarakat diffúz és széles tartományú szögekben szórják szét, míg a kristályok a röntgensugarakat éles, pontosan definiált szögekben. A teljes szórási intenzitás azonban konstans. Ez lehetővé teszi a kristályos anyag mennyiségének a kiszámítását egy mintában, ha az amorf és kristályos diffrakciós intenzitások szétválaszthatok. Egy igen pontos módszert dolgozott ki Ruland, amellyel a százalékos kristályosságban 2% különbségek is kimutathatók [vö. Vonk, C., F. J. BaltaCalleja: „X-Ray Scattering Fram Synthetic Polymers”, Elsevier, Amsterdam (1989); és Alexander, L.: „XRay Diffraction Methods In Polymer Science”, Róbert Kreiger Pub. Co. New York (1979)].

Olvadáskor a kristályoknak fix mennyiségű hőre van szükségük ahhoz, hogy az olvadási hőmérsékleten a kristályos anyag megolvadjon. Ez az olvadási hő számos hőtechnikai eljárással mérhető, a legnépszerűbb a differenciálkaloriméteres mérés. Ha egy 100%-ban kristályos anyag olvadási hőjét ismerjük, és jelentős lágyulási vagy olvadék/újrakristályosodási jelenségek nem lépnek fel az olvadék melegítésekor, akkor a differenciálkaloriméteres vizsgálattal a tömegrész-kristályosság egész pontosan meghatározható [vö. „Thermal Caracterization of Polymer Materials” E. Túri, Ed. Academic Press, New York (1980); és Wunderlich B.: Macromolecular Physics, Academic Press, New York (1980)].

Ha ismerjük a tisztán kristályos és tisztán amorf anyagok sűrűségeit, akkor az anyag sűrűségmérései megadhatják a kristály osság fokát. Ez feltételezi a fajlagos térfogatok összegeződését, de ennek a követelménynek a homogén szerkezetű polimerek (vagy kopolimerek) eleget tesznek. Ez az eljárás a minta gondos elkészítésén múlik, a mintában buborékok vagy nagy üregek nem lehetnek.

Ha a tiszta kristályos és amorf abszorpciós sávok azonosíthatók, akkor az infravörös abszorpciós spektrum kényelmes módot biztosít a kristályosság meghatározására [vö. Tadokoro, H.: „Structure of Crystalline Polymers”, John Wiley and Sons, New York (1979)].

Meg kell jegyeznünk, hogy a különböző eljárások gyakran kissé eltérő Φ_ε értékeket adnak, mivel különböző fizikai elveken alapszanak. így például a sűrűségmérések gyakran nagyobb értékeket adnak, mint a röntgendiffrakciós vizsgálatok. Ez annak a következménye, hogy a sűrűség folytonosan változik a kristályos és amorf polimer (vagy kopolimer) anyag határfelületén. Míg a röntgendiffrakció nem mutatja ki ezt az anyagot mint kristályos anyagot, a sűrűségméréseket ez a határfelületi régió befolyásolni fogja.

A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok kristályossága előnyösen általában 0,1-99%, előnyösebben

2-80%, még előnyösebben 20-70%, röntgendiffrakciós méréssel.

Ha egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot fóliává dolgozunk fel, akkor az ilyen polihidroxi-alkanoátban a kristályosság mértéke előnyösebben 2-65%, még előnyösebben 5-50%, ennél is előnyösebben 20-40% röntgendiffrakciós méréssel.

Ha egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot lappá (lemezzé) dolgozunk fel, akkor az ilyen polihidroxi-alkanoátban a kristályosság mértéke előnyösebben 0,1-50%, még előnyösebben 5-50%, ennél is előnyösebben 20-40% röntgendiffrakciós méréssel.

Ha egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot normál szállá vagy szövés nélküli textíliává dolgozunk fel, akkor a kristályosság mértéke egy ilyen polihidroxi-alkanoátban előnyösebben 60-99%, még előnyösebben 70-99%, ennél is előnyösebben 80-99% röntgendiffrakciós méréssel.

Ha egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot puha, elasztikus szállá dolgozunk fel, akkor a kristályosság mértéke az ilyen polihidroxi-alkanoátban előnyösebben 30-80%, még előnyösebben 40-80%, ennél is előnyösebben 50-80% röntgendifffakciós méréssel.

Ha egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot sajtolt cikké dolgozunk fel, akkor a kristályosság mértéke az ilyen polihidroxi-alkanoátban előnyösebben 10-80%, még előnyösebben 20-70%, ennél is előnyösebben 30-60%, röntgendiffrakciós méréssel.

Ha egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot elasztomerré vagy ragasztóvá dolgozunk fel, akkor az ilyen polihidroxi-alkanoátban a kristályosság mértéke előnyösebben kevesebb mint 50%, még előnyösebben kevesebb mint 30%, ennél is előnyösebben kevesebb mint 20% röntgendiffrakciós méréssel.

Olvadási hőmérséklet

A találmány szerinti biológiailag lebontható polihidroxi-alkanoátok olvadási hőmérséklete (Tm) előnyösen 30°C-160 °C, előnyösebben 60-140 °C, még előnyösebben 90-120 °C.

Polihidroxi-alkanoátot tartalmazó műanyag cikkek

A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok különböző műanyag cikkekké feldolgozhatok, így fóliákká, lapokká, szálakká, habokká, sajtolt cikkekké, szövés nélküli textíliákká, elasztomerekké és ragasztókká, de a feldolgozást nem korlátozzuk ezekre a cikkekre.

A i Fóliák

A találmány egyik kiviteli alakjában a műanyag cikk fólia. A jelen esetben a „fólia” kifejezés igen vékony, folytonos anyagdarabra vonatkozik, amelynek igen nagy a hosszúság/vastagság aránya és nagy a szélesség/vastagság aránya is. A vastagságnál ugyan nincs megszabva a pontos felső határ, de az előnyös felső határ 0,254 mm, előnyösebben körülbelül 0,01 mm, még előnyösebben körülbelül 0,005 mm. Bármely fólia védőértéke folytonosságától függ, vagyis a fóliának lyukak és repedések nélkülinek kell lenni, mivel hatásos védelmet kell biztosítania például a légköri vízgőz- és oxigénmolekulák ellen. A találmány szerinti fóliák alkalmazhatók különféle eldobható termékekben, beleértve - de ezekre nem korlátozva - az eldobható (egyszer

HU 218 160 Β használatos) pelenkákat, a zsugorfóliás csomagolásokat (például az élelmiszerek, a fogyasztói termékek, raklapok és/vagy ládák csomagolását és hasonlókat); vagy a zsákokat (zacskókat), például a csomagolózsákokat, az élelmiszerek tárolására szolgáló zsákokat, szendvicses zacskókat, az újra lezárható „Ziploc®” típusú zacskókat, szemeteszsákokat és hasonlókat. A találmány egy előnyös kiviteli alakjában a találmány szerinti fólia folyadék-átnemeresztő, és megfelel eldobható abszorbens egészségügyi ruhadarabokban, így eldobható pelenkákban, női egészségügyi cikkekben és hasonlókban való alkalmazásra. A találmány szerinti fóliák a fokozott biológiai lebonthatóság és/vagy komposztálhatóság mellett még előnyösebben a következő tulajdonságokkal rendelkeznek:

a) gépirányú nyúlási modulusuk (6,895xl0⁸ din/cm²) vagy 6,895xl0³ N/cm², (6,895xl0⁹ din/cm²) vagy (10 000 psi-100 000 psi); vagy 6,895x1ο⁴ N/cm²;

b) gépirányú szakítószilárdságuk legalább 70 g/25,4 pm vastagság;

c) keresztirányú szakítószilárdságuk legalább 70 g/25,4 μ vastagság;

d) ütő-hajlító szilárdságuk legalább 12 cm, golyóejtőpróbával;

e) nedvesség átviteli arányuk kisebb mint 0,0012 g/cm²/16 óra;

f) 60 °C-on legalább (5,52x10⁷ din/cm²) vagy 800 psi vagy 5,52x10² N/cm² modulussal rendelkeznek; és

g) vastagságuk 12 pm és 75 pm között van.

A fenti jellemzők vizsgálatára szolgáló eljárásokat az alábbiakban részletesen ismertetjük.

Még a jelen bejelentés előtt tanulmányozták a polihidroxi-alkanoátok alkalmazását kereskedelmi műanyagok előállítására, és ezek az anyagok jelentős nehézségeket mutattak műanyagokban való felhasználásuknál. Amint azt a fentiekben említettük, a polihidroxi-alkanoátokat, így a PHB-ot és a kopolimer PHBV-ot nehéz feldolgozni termikus instabilitásuk miatt. Ezeket a polihidroxi-alkanoátokat továbbá kiváltképpen nehéz fóliákká feldolgozni lassú kristályosodásuk miatt.

Bejelentők azt találták, hogy azokat a találmány szerinti polihidroxi-alkanoát kopolimereket, amelyek egy második, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaznak - amint azt a fentiekben említettük -, és ez egy legalább három szénatomos elágazó alkilcsoporttal rendelkezik, meglepően könnyebb feldolgozni fóliákká, kiváltképpen a PHB-tal vagy a PHBV-tal összehasonlítva. Bejelentők meglepő módon azt találták, hogy az ilyen leneáris, véletlenszerű kopolimerek korlátozott számú, közepes nagyságú (például 3-19 szénatomos) elágazásokkal, a biológiai lebonthatóság mellett a következő tulajdonságokkal rendelkeznek - főképpen a PHB-tal és a PHBV-tal összehasonlítva a) alacsonyabb olvadási hőmérséklet; b) kisebb mértékű kristályosság; és c) jobb olvadási reológia.

Bejelentők - anélkül, hogy elméletileg megkötnék magukat - úgy gondolják, hogy az a) és b) tulajdonságok elérhetők a második, találomra ismétlődő monomer egység kizárásával az első, találomra ismétlődő monomer egység kristályrácsából, s ennek eredménye a termikus feldolgozás alacsonyabb hőmérséklete és az anyag jobb merevsége és nyúlási tulajdonságai. Bejelentők - amellett, hogy elméletileg nem akarják ebben az esetben sem megkötni magukat - úgy gondolják, hogy a c) tulajdonság elérhető a polimer láncok közötti megnövelt áthurkolódással a második, találomra ismétlődő monomer egységek oldalláncai következtében. Ilyen fokozott áthurkolódást előidézhet a kopolimer megnövekedett hidrodinamikai térfogata (például a második monomer egység hurkolódásokat létesít a spirális szerkezetben), az oldalláncok „ráakaszkodása” vagy „befogódzkodása” különböző kopolimer gerincekre, amíg olvadékban vannak, vagy a csökkent lánchasadás az alacsonyabb olvadási hőmérséklet következtében (vagyis a megnövekedett termikus feldolgozási rés).

1. A fóliák minőségi kritériumai és vizsgálati módszerei

Egy fóliának, ahhoz, hogy kielégítően megfeleljen mint komposztálható, eldobható pelenkahátlap, olyan műgyantákból vagy olyan szerkezetekből kell készülnie, amelyek biológiailag lebonthatók, és rendelkeznie kell a következő tulajdonságokkal: nagy szilárdság, megfelelő folyadék-visszatartás, kielégítő flexibilitási modulus és elég magas olvadáspont.

Az eldobható pelenkák hátlapjának elegendő szilárdsággal kell rendelkezni, részben azért, hogy eldobható pelenka gyártására szolgáló nagy sebességű gépen feldolgozható legyen, részben, hogy „nedvességálló” védelmet nyújtson gyermeken használva. A fóliának kielégítően nedvességállónak kell lenni ahhoz, hogy a gyermeknek vagy gondozójának ruházata vagy ágyneműje ne legyen nedves vagy ne szennyeződjék. Ugyanakkor a fóliának olyan flexibilitási modulussal kell rendelkeznie, ami elég kicsi ahhoz, hogy az anyag gyermekpelenka külső borításához használva puha és kellemes legyen, mégis elég nagy ahhoz, hogy eldobható pelenkák feldolgozására szolgáló nagy sebességű gépeken könnyen kezelhető legyen, anélkül, hogy összegyűrődne, ráncolódna vagy törne. A fóliának elég ellenállónak kell lenni a hőre, hogy ne deformálódjék, ne olvadjon meg, vagy tartósan ne veszítsen szilárdságából tipikusan meleg tárolási körülmények között, vagy ne veszítsen integritásából az eldobható pelenkák gyártására szolgáló nagy sebességi: feldolgozóberendezéseken, amelyek általában „hot melt” ragasztókat használnak az eldobható pelenka komponenseinek az összeerősítésére.

Azok a fóliák, amelyek elég szilárdak ahhoz, hogy megfeleljenek biológiailag lebontható és/vagy komposztálható hátlapokként eldobható pelenkákhoz, előnyösen rendelkeznek két tulajdonsággal: a) szakítási ellenállással egy ráejtett tömeggel szemben; és b) tépési ellenállással a gyártásnak mind gépirányú, mind keresztirányú irányában. Az előnyös találmány szerinti hátlapok ellenállnak egy körülbelül 19 mm átmérőjű és 27,6-28,6 g tömegű acélgolyó leejtésének 12 cm magasságból úgy, hogy a kísérleti eredményeknek legalább 50%-ában ne történjék semmilyen szakadás (a deformáció elfogadható). Előnyös anyagok azok, amelyek 50% vagy ennél kevesebb sérülést mutatnak 20 cm-nél magasabbról ejtve a golyót. Hasonlóképpen

HU 218 160 Β a találmány szerinti elfogadható hátlapok azok, amelyeknél a beszakadás terjedési ellenállása átlagosan 70 g egy 25,4 pm vastagságú anyagnál mind a gyártási gépirányban, mind keresztirányban, ha szabványos Elmendorf-inga típusú vizsgálóeszközt, így az „Elmendorf Model No. 60-100” készüléket használjuk az anyag 16 rétege ellen, amit vágással vagy metszéssel készítettünk a TAPPI Method T 414 om-88 előírása szerint. Még előnyösebbek azok a hátlapok, amelyeknél a beszakadás terjedési ellenállása 200 g vagy ennél több 25,4 pm vastagságnál keresztirányban, mivel ez kiváltképpen előnyös a törési hajlam elkerülésére hasadás következtében használat során.

Azt tapasztaltuk továbbá, hogy a nedvességátvitelt kellőképpen gátló fóliák azok, amelyek kevesebb mint 0,0012 g szintetikus vizeletet engednek be egy szívóképes papírtörülközőbe cm² területenként 25,4 pm vastagságnál 16 óránként, ha a vizsgált fóliát a szívóképes papírtörülköző és egy átlagos abszorbens gélképző anyagot tartalmazó pelenkamag közé helyezzük, és olyan nyomást gyakorolunk rá, mint a csecsemő. A vizsgálat specifikus körülményei olyanok, hogy a mag területe nagyobb mint a vizsgálandó anyagé, a magot elméleti kapacitásáig szintetikus vizelettel terheljük meg, és körülbelül 35 N/cm² (0,5 psi) nyomás alatt van.

Azt találtuk továbbá, hogy a megfelelő hőellenállással rendelkező anyagok Vicat-lágyuláspontja legalább 45 °C. A Vicat-lágyulást egy „Heat Distortion Apparátus Model No. CS-107” készülékkel vagy ezzel egyenértékű berendezéssel és az ASTM D-1525 módosítással vizsgáljuk. A módosítás a minta elkészítésére vonatkozik. Egy 19 mm² nagyságú, 4,5-6,5 mm vastag fóliát készítünk a Vicát tűpenetrációs teszthez, a vizsgálandó anyagot megolvasztva egy formába, 120 °C hőmérsékletet és 6,895xl0³ N/cm² (10 000 psi) nyomást (Carver- vagy hasonló prést használva) alkalmazva 2 percig, legalább 2 perc melegítési időtartam után. A Vicat-lágyuláspont az a hőmérséklet, amelynél egy 1 mm² kör keresztmetszetű, laposan végződő tű behatol 0,1 cm mélyen a mintába 1000 g terhelés alatt, egyenletes, 50 °C/óra hőmérséklet-emelkedést alkalmazva.

Azt találtuk továbbá, hogy a kielégítő gépirányú mocíulussal rendelkező anyagok 1% szekáns típusú modulust mutatnak, ami legalább körülbelül (6,895xl0⁸ din/cm²) 6,895xl0³ N/cm² (10 000 psi) felett és körülbelül(6,895xl0⁹ din/cm²) 6,895x10⁴ N/cm² (100 000 psi) alatt van. A vizsgálatot elektronikus szakítópróbagépen végezzük, ilyen például az „Instron Model 4201”. Egy 2,4 cm széles, előnyösen 0,00254 cm vastag csíkot vágunk az anyagból körülbelül 30 cm hosszúra, amelynek hosszabb dimenziója párhuzamos az anyag gépirányával. A tesztcsíkot a szakítógép pofái közé erősítjük úgy, hogy a vizsgált anyag tényleges hossza vagy mérete 25,4 cm legyen. A pofákat lassan eltávolítjuk egymástól 2,54 cm/perc és 25,4 cm/perc közötti sebességgel, és egy hozzá kapcsolt regisztrálókészülékkel feszültség-nyúlás görbét viszünk fel grafikonra. Az 1%-os szekáns modulust meghatározzuk úgy, hogy a grafikonról leolvassuk a feszítést vagy a nyúlást az 1 %-os megnyúlás! ponton. így például az 1%-os megnyúlás! pontot akkor étjük el, ha a pofák közötti távolság 0,254 cm-rel megnőtt. Ha a pofákat 2,54 cm/perc sebességgel távolítjuk el egymástól, és a regisztrálóberendezés 25,4 cm/perc sebességgel mozog, akkor az 1%-os megnyúlást pont a kiindulási ponttól 2,54 cm távolságban fog elhelyezkedni. A nyúlási reagálást osztjuk a mintaanyag vastagságával, ha a vastagság nem 0,00254 cm. A kiváltképpen puha és ezért előnyös anyagok 1% szekáns modulust mutatnak (6,895xl0⁸-2,068xl0⁹ din/cm²) vagy (10 000-30 000 psi) vagy 6,895xl0³-2,068xl0⁴ N/cm² tartományban.

Mivel az abszorbens cikkek ki lehetnek téve gyakorlatilag 60 °C hőmérsékletnek is, a raktárházakban való támlásnál vagy teherautókon, vagy vasúti kocsikban történő szállításnál, lényeges az, hogy a hátlapfólia és a többi komponens megtartsa integritását ezen a hőmérsékleten. Várható ugyan, hogy a fóliák modulusa 20 °C és 60 °C között valamivel csökken, de a modulus nem csökkenhet annyira, hogy lehetővé tegye a fólia deformálódását a csomagolásban, mielőtt a végső felhasználóhoz eljut.

így például egy szobahőmérsékleten körülbelül 4χ 10⁴ N/cm² (58 000 psi) modulussal rendelkező polietilén hátlapmodulus 60 °C-on 1,2 xlO⁴ N/cm² (18 560 psi) lehet, ami elfogadható. Egy lágyabb polietilén hátlap, amelynek szobahőmérsékletű modulusa körülbelül 8,0x 10² N/cm (11 600 psi), 60 °C-on mért modulusa körülbelül 3,5xlO³ N/cm² (5076 psi) lehet, ami még elfogadható. Egy találmány szerinti elfogadható hátlapfólia 60 °C-on mért modulusa általában legalább 5,52xl0² N/cm² (800 psi).

A modulus és a hőmérséklet összefüggése, amit modulus/hőmérséklet spektrumnak is neveznek, legjobban mérhető egy dinamikus mechanikus analizátorral (DriA), ilyen például egy Perkin-Elmer 7 Series/Unix TlvIA7 termomechanikus analizátor, ami el van látva egy „7 Series/Unix DMA7 Temperature/Time” szoftvercsomaggal, amelyre a továbbiakban mint: DMA7re hivatkozunk, és amely a Perkin-Elmer Corporation of Norwalk, Connecticut cégnél kapható. Számos más típusú DMA készülék létezik, és a dinamikus analízis alkalmazása a polimerek modulus/hőmérséklet spektrumának a tanulmányozására jól ismert a polimerek (vagy kopolimerek) jellemzésével foglalkozó szakemberek részére.

A fenti információkat jól összegzi két könyv, az egyik a „Dynamic Mechanical Analysis of Polymeric Matériái” Materials Science Monographs,Volume 1 by T Murayma (Elsevier Publishing Co. 1978); és a másik, a „Mechanical Properties of Polymers and Composites” Volume 1 by L. E. Nielsen (Marcel Dekker, 1974).

A DMA7 alkalmazásához a kezelés mechanizmusa és az eljárások megtalálhatók a Perkin-Elmer Users’ Manuals 0993-8677 és 0993-8679 helyen, 1991. májusban. A DMA7 használatában jártas szakember részére az alábbi működési körülmények elegendőek lesznek a következőkben ismertetett 60 °C-os modulusadatok megismétlésére.

HU 218 160 Β

Egy fóliaminta modulus/hőmérséklet spektrumának a méréséhez a DMA7 készüléket beállítjuk hőmérséklet-érzékelésre, és ellátjuk egy nyúlásmérő rendszerrel (extension measuring system=EMS). Egy körülbelül 3 mm széles, 0,0254 mm vastag és elég hosszú fóliamintát - ahhoz, hogy 6-8 mm hosszúság legyen a minta befogásai között - behelyezünk a nyúlásmérő rendszerbe. A készüléket ezután behelyezzük egy környezeti kamrába, amin folyamatosan héliumgázt vezetünk át. A fóliára feszítőerőt gyakorolunk a hosszúság irányában, hogy deformációt érjünk el vagy az eredeti hossz 0,1 %-os nyúlását. A mintára dinamikus szinuszos feszítőerőt alkalmazunk 5 ciklus/másodperc frekvenciával. A hőmérséklet-érzékelési (letapogatási) eljárásban a hőmérsékletet 3,0 °C/perc sebességgel növeljük 25 °C-tól addig a pontig, amelynél a minta megolvad vagy eltörik, miközben a frekvenciát és a feszítőerőt konstans értéken tartjuk. A hőmérséklettől függő viselkedést a nyúlás változásainak folyamatos ellenőrzésével, és a feszítés és nyúlás között az időben jelentkező fázisdifferenciával jellemezzük. A tárolt moduluszértékeket pascalban számítógéppel kiszámítjuk egyéb adatokkal együtt, és mint a hőmérséklet függvényét megjelenítjük videokijelző terminálon. Az adatokat általában számítógéplemezen tároljuk, és a tárolt modulus/hőmérséklet spektrum egy gépi másolatát kinyomtatjuk a további ellenőrzéshez. A 60 °C-os modulust közvetenül a spektrumból állapítjuk meg.

2. A fólia gyártási eljárása

A hátlapként használt, fokozott biológiai lebonthatósággal és/vagy komposztálhatósággal rendelkező találmány szerinti fóliák az egy- és többrétegű fóliák előállítására szolgáló hagyományos eljárások alkalmazásával hagyományos fóliakészítő berendezésben feldolgozhatok. A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok granulátumait először szárazon összekeverjük, majd egy fóliaextruderban olvadék alakban keverjük. Ha a fólia-extruderben nem elegendő a keverés, akkor eljárhatunk úgy, hogy a granulátumokat először szárazon összekeverjük, majd az olvadékot egy előkeverő extruderban keverjük, és újra granuláljuk a fólia extrudálása előtt.

A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok olvadékból dolgozhatók fel fóliákká, öntéses vagy füvásos fóliaextrudálási módszereket használva, amelyeket a szakirodalom ismertetett [Plastics Extrusion Technology 2nd Ed. By Allan A. Griff (Van Nostrand Reinhold, 1976)]. Az öntött fóliát lineáris, széles résű szerszámon át extrudáljuk. A lapos szalagot általában lehűtjük egy széles, mozgó, fényezett fémhengeren. A fólia gyorsan lehűl, lefejtődik erről az első hengerről, áthalad egy vagy több további hűtőhengeren, majd egy sor gumival bevont huzóhengeren vagy elvevőberendezésen („hauloff’), és végül a feltekercselőre kerül. A találmány szerinti abszorbens cikkekhez használt öntött hátlapfólia előállítási eljárását egy alábbi példában ismertetjük.

A fúvott fólia extrudálásánál az olvadékot felfelé extrudáljuk egy sajtolószerszám vékony gyűrű alakú nyílásán. Erre az eljárásra úgy is hivatkoznak mint cső alakú fólia extrudálására. A sajtolószerszám közepén levegőt vezetnek át, hogy a csövet felfújják és ezáltal expandálják. így mozgó fóliatömlőt képeznek, amit konstans nagyságon tartanak a belső légnyomás szabályozásával. A fóliatömlőt levegővel lehűtik, átfújják egy vagy több hűtőgyűrűn, amelyek a tömlőt körülveszik. Ezután a tömlőt leengedik úgy, hogy egy lapítókeretbe húzzák egy pár húzóhengerrel, és ezután a feltekercselőre kerül. Hátlaphoz való alkalmazásokhoz az összelapítot^T. fóliatömlőt ezután felhasítják, kigöngyölik, és tovább vágják, a termékekben való felhasználáshoz megfelelő szélességűekre.

Mind az öntött, mind a fúvott fóliát előállító eljárások használhatók egyrétegű vagy többrétegű fóliaszerkezetek előállítására. Egyrétegű fóliák készítéséhez egyetlen hőre lágyuló anyagból vagy hőre lágyuló komponensek keverékéből csupán egyetlen extruderra és egy csőszerelvényes szerszámra van szükség.

A találmány szerinti többrétegű fóliák előállításához előnyösen koextrudálási módszerek alkalmasak. Ezeknél az eljárásoknál egynél több extruderra van szükség, és vagy egy koextrúziós adagolóblokkra, vagy több csőszerelvényes szerszámrendszerre, vagy a kettő kombinációjára a többrétegű fóliaszerkezet előállítása céljából.

A 4 152 387 és 4 197 069 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás ismerteti a koextrudálás adagolóblokkjának elvét. Több extruder van az adagolóhoz kötve, amely mozgatható áramláselosztókkal rendelkezik, hogy arányosan változtassa minden egyes áramlási csatorna mértani kialakítását, közvetlen összefüggésben a fenti áramlási csatornákon áthaladó polimer térfogatával. Az áramlási csatornák úgy vannak megtervezve, hogy összefolyási pontjukon az anyagok azonos áramlási sebességgel, nyomáskiküszöbölő határfelületi feszültséggel és áramlási instabilitással áramlanak együtt tovább. Ha egyszer az anyagok az adagolóblokkban egyesültek akkor egyetlen, csőszerelvényes szerszámba áramlanak összetett szerkezettel. Az ilyen eljárásokban lényeges, hogy az anyagok olvadékviszkozitásai és olvadék-hőmérsékletei ne nagyon különbözzenek, máskülönben a szerszámban áramlási instabilitások jöhetnek létre, ami a többrétegű filmben a rétegvastagság elosztásának nem megfelelő szabályozásához vezet.

Az adagolóblokkos koextrudálás mellett egy másik módszer, egy sok csőszerelvényes vagy terelőlapátos sajtolószerszám, amit a fent említett 4 152 387, 4 197 069, és 4 533 308 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás ismertetett. Míg az adagolóblokkos rendszerben olvadékáramokat hozunk össze kívül, és mielőtt azok a szerszámba lépnek, a sok csőszere ivényes vagy terelőlapátos sajtolószerszámban mindegyik olvadékáramnak megvan a maga csővezetéke a szerszámban, ahol a polimerek egymástól függetlenül eloszlanak a saját vezetékükbe. Az olvadékáramok a sajtolószerszám kivezetőrészéhez közel egyesülnek mindegyik olvadékáram a szerszám teljes szélességében. A mozgatható terelőlapátok szabályozzák mindegyik áramlási csatorna kivezetését, közvetlen arányban az átfolyó anyag térfogatával, és lehetővé teszik,

HU 218 160 Β hogy az olvadékok együtt áramoljanak tovább azonos lineáris áramlási sebességgel, nyomással és a kívánt szélességben.

Mivel a feldolgozott anyagok olvadékáramlási tulajdonságai és olvadék-hőmérsékletei igen különbözőek lehetnek, egy terelőlapátos sajtolószerszám használatának több előnye van. A szerszám alkalmas hőszigetelési tulajdonságok céljára, itt a nagyon különböző olvadási hőmérsékletű anyagok például 80 °C-ig együtt feldolgozhatok.

Egy terelőlapátos extruderban mindegyik vezeték egy specifikus polimerhez (vagy kopolimerhez) lehet megtervezve és megszabva. így mindegyik polimer áramlását csak a saját csőszerelvényének a tervezése befolyásolja, és nem a többi polimer által kifejtett erők. Ez lehetővé teszi az igen különböző olvadékviszkozitású anyagok koextrudálását többrétegű fóliákká. Ezenkívül a terelőlapátos szerszám lehetővé teszi, hogy megszabjuk az egyes elosztók szélességét, s így egy belső réteg, például egy vízoldható, biológiailag lebontható polimer, így a Vinex 2034 teljesen körül legyen véve vízben oldhatatlan anyagokkal, nem hagyva kitett széleket, amelyek vízre érzékenyek. A fent említett szabadalmi leírások ismertetik továbbá az adagolóblokkos rendszerek és a terelőlapátos sajtolószerszámok kombinációját összetettebb többrétegű szerkezetek előállítására.

A találmány szerinti többrétegű fóliák két vagy több réteget tartalmazhatnak. Általában előnyösek a szimmetrikus háromrétegű és ötrétegű fóliák. A szimmetrikus háromrétegű fóliák tartalmaznak egy középső magréteget és két egyforma külső réteget, ahol a középső magréteg a két külső réteg között helyezkedik el. A szimmetrikus kétrétegű fóliák tartalmaznak egy középső magréteget, két egyforma összekötő réteget és két egyforma külső réteget, ahol a középső magréteg a két összekötő réteg között helyezkedik el, és egy összekötő réteg a középső magréteg és egy külső réteg között foglal helyet. A szimmetrikus fóliák, bár nem alapvetően fontosak a találmány szerinti fóliákhoz, de kevésbé hajlamosak a kunkorodásra vagy görbülésre, mint a nem szimmetrikus többrétegű fóliák.

A háromrétegű fóliákban a középső magréteg vastagsága a fólia teljes vastagságának 30-80%-a lehet, és mindegyik külső réteg vastagsága 10-35%-a a fólia teljes vastagságának. Az összekötő rétegek - ha ilyeneket alkalmazunk - vastagsága a fólia teljes vastagságának körülbelül 5 - körülbelül 10%-a lehet.

B) Lemezek (lapok)

A találmány egy másik kiviteli alakjában a műanyag cikkek lemezek. A leírásban a „lemez” kifejezés igen vékony, folytonos anyagdarabot jelent, igen nagy hosszuság/vastagság aránnyal és nagy szélesség/vastagság aránnyal, amelynél az anyag vastagabb mint 0,254 mm. A lemez számos jellemzőjét tekintve azonos a fóliáéval a tulajdonságok és a gyártás szempontjából, azzal az eltéréssel, hogy a lemez merevebb, és önhordó jellegű. Ezek a különbségek a merevségben és a tartásban, a gyártási eljárásokban némi módosításokat eredményeznek.

1. Gyártási eljárások

A lapok vagy lemezek vastagságuk és az ebből adódó merevségük miatt nem fújhatok mint a fóliák. A fóliák előállításához használt sok más eljárás módosítható azonban lapok készítéséhez. Ezek egyik példája az öntéses extrudálás, amit a fentiekben ismertettünk. Az extrudálás mellett a lapok előállíthatok hengerléssel és kaianderezéssel.

a) Hengerlés

A hengerlés a fóliát túlnyomóan gépirányu nyújtással állítja elő, a fóliát felgyorsítva egy beszorítóponttól (réstől), ahol a vastagság lecsökken [Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 8. pp. 88-106, John Wiley and Sons, New York (1986), a továbbiakban „EPSE-1”]. A beszorítóponton nagy erők lépnek fel, de a teljes nyújtás növelhető a gépirányú nyújtás más formáival is.

b) Kalanderezés

Nem nyújtott, öntött fólia vagy lemez előállítására nagy teljesítménnyel a kalanderezést használjuk [G. W. Eghmy, Jr. in Modem Plastics, J. Agrandoff, ed. Encyclopedia, Vol. 59 (10A), pp. 220-222 (1982); and R. A. Elden and A. D. Swan: Calendering of Plastics, American Elsevier Co., Inc., New York (1971)]. A kalanderezési eljárásban egy sor speciálisan keményített, meghajtott hengert alkalmaznak, oly módon megtámasztva, hogy a művelet alatt egymáshoz viszonyított helyzetükben elhajlíthatók vagy elfordíthatok. Ez azért van, hogy a kalanderezett anyag vastagságát szabályozni lehessen. A kalandereket rendszerint legfeljebb négy hengerből készítik, ezek három hengerrést képeznek. Ezek a hengerrések a betápláló (adagoló), a mérő és a befejező hengerlések. Az adagolórés az, ahol a polimert betápláljuk, keverjük és felmelegítjük. A mérő hengerrés a lap vastagságát körülbelül a végső vastagságra csökkenti. A befejező hengerrés beállítja a lapok méretét a harmadik vagy a középső henger helyzetének a változtatásával (EPSE-2, lásd alább).

C) Szálak

A találmány egy másik kiviteli alakjában a műanyag cikk szál. A leírásban a „szál” kifejezés flexibilis, makroszkóposán homogén testre vonatkozik, amely nagy hosszúság/szélesség aránnyal és kis keresztmetszettel rendelkezik. Egy általános áttekintés a szálakról található a szakirodalomban [Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 6, pp. 6+7-755 and 802-839, John Wiley and Sons, New York (1986), a továbbiakban „EPSE-2”]. A találmány szerinti szálak használhatók mint textíliák fonalakban ruhaneműekhez. A találmány szerinti szálak használhatók továbbá könnyű szálas anyagok gyártásához, amelyek a mezőgazdaságban alkalmazhatók a növények növekedését megvédeni, elősegíteni vagy szabályozni. Alkalmazhatók növényházi hőszűrőkben, termény sorok befedésére, tőzeg letakarására, gyomgátlóként és talaj nélküli növénytermesztésben. A legfontosabb tulajdonságaik a fény-, levegő- és nedvességáteresztő képesség. Fontos szempont a gazdaságosság, ha tekintetbe vesszük a tömeget, a szilárdságot és a méretstabilitást.

HU 218 160 Β

Egy elasztomer szál olyan polimerekből (vagy kopolimerekből) álló szál, amelynek fő üvegesedési pontja jóval a szobahőmérséklet alatt van (vö. EPSE-2). Ez a kritérium kizár bizonyos elasztikus tulajdonságokkal rendelkező szálakat, így a hullámosított kemény szálakat, de magában foglal olyan többkomponensű szálakat, amelyeknél az egyik komponens elasztomer. Valamennyi elasztomer szálat nagyobb szakadási nyúlás, kisebb modulus és jobb regenerálódás jellemzi nagy deformációból, mint a normál szálakat.

1. Eljárás szálak gyártására

A találmány szerinti szálak a szakterületen jól ismert, számos, különböző hagyományos eljárással feldolgozhatok, ilyenek - de nem korlátozó értelemben a szálhúzás ömledékből, száraz szálhúzás és nedves szálhúzás. Gyakran használják ennek a három alapvető eljárásnak a kombinációit.

Az ömledékből történő szálhuzásnál egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot olvadáspontja feletti hőfokra melegítünk, és a megolvadt polihidroxi-alkanoátot egy fonófejen nyomjuk át. A fonófej számos kis nyílással rendelkező sajtolószerszám, ahol a nyílások száma, alakja és átmérője változó (vö. EPSE-2). Az olvadt polihidroxi-alkanoát kifecskendezett sugara áthalad egy hűtőzónán, ahol a polihidroxi-alkanoát (PHA) megszilárdul, és átjut az utólag kihúzó és elvevő berendezésbe.

A száraz szálhúzásnál a találmány szerinti PHA-ot feloldjuk, és a PHA-oldatot nyomás alatt átsajtoljuk egy fonófejen (vö. EPSE-2). A PHA-oldat kifecskendezett sugara áthalad egy fűtőzónán, ahol az oldószer elpárolog, és a szál megszilárdul.

A nedves szálhúzásnál egy találmány szerinti PHA-ot ugyancsak feloldunk, és az oldatot átnyomjuk egy fonófejen, ami koagulálófürdőbe merül (vö. EPSE-2). Amikor a PHA-oldat kilép a fonófej nyílásaiból a koagulálófürdőben a PHA kicsapódik vagy kémiailag regenerálódik. Rendszerint valamennyi ilyen eljárásban szükség van további húzásra ahhoz, hogy hasznos tulajdonságokat kapjunk, például textilszálakként alkalmazva. A „húzás” a szálak kifeszitésére és vékonyítására vonatkozik, hogy irreverzíbilis nyúlást érjünk el, előidézzük a molekuláris orientációt, és kialakuljon a szál finomszerkezete (vö. EPSE-2). Ezt a finomszerkezetet nagyfokú kristályosság és mind a kristályos, mind az amorf PHA láncszegmensek orientációja jellemzi.

D) Habok

A találmány egy másik kiviteli alakjában a műanyag cikk flexibilis hab. A leírásban a „hab” kifejezés olyan találmány szerinti PHA-ra vonatkozik, amelynek látszólagos sűrűsége lényegesen lecsökkent, a térfogatán keresztül elosztott számos sejt jelenléte következtében [vö. ASTM D 883-62T, American Society fór Testing and Materials, Philadelphia, Pa. (1962)]. Az ilyen kétfázisú gáz/szilárd rendszerek, amelyekben a szilárd fázis folytonos, és szintetikus polimerből vagy gumiból állnak, a habszerkezetű polimerek (vagy kopolimerek), expandált (szivacsos) műanyagok és habosított műanyagok [Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 11, John Wiley and Sons, New York (1980), a továbbiakban „ECT”].

A gázfázis el van oszolva tasakokban vagy üregekben, amelyeket celláknak nevezünk, és ezeket két osztályba soroljuk, vannak nyílt és zárt cellák. A nyílt cellás anyagok a habok, amelyek cellái egymással össze vannak kötve úgy, hogy a gázok szabadon haladhatnak át a cellákon. A zárt cellás anyagok cellái különállóak, és egymástól el vannak szigetelve.

A habokat tovább osztályozzuk flexibilis és rideg habokra. Ez az osztályozás egy speciális ASTM vizsgálati módszeren alapszik [vö. ASTM D, Vol. 37, pp. 1566-1578, American Society of Testing and Materials, Philadelphia, Pa. (1978)]. Egy flexibilis hab olyan hab, amely nem törik el, ha egy 20x2,5x2,5 cm nagyságú darabot egy 2,5 cm-es tüske köré felcsavarunk egyenletes, 1 csavarás/5 másodperc sebességgel, 15-25 °C-on. Azok a habok, amelyek ennél a tesztnél eltörnek, rideg (kemény) habok.

A habokat számos célra alkalmazzák, így mint csomagolóanyagokat, kényelmi pámázásként, szigeteléshez és szerkezeti komponensekként. A csomagolás bizonyos területein egy fokozott biológiai lebonthatósággal és/vagy komposztálhatósággal rendelkező habosított anyag előnyösebb a forgalomban lévő csomagolóanyagoknál, mint amilyenek a polisztirol, a papír és a keményítő habok. A forró ételt tartalmazó konténereknél a polisztirol lényegesen jobb hőszigetelést biztosit, mint az egyetlen folyamatosan lebomló alternatíva,a papírburkolat. A találmány szerinti PHA-ot tartalmazó habosított cikkek hőszigetelő tulajdonságai a polisztiroiéval azonosak, és mégis biológiailag lebonthatók és/vagy komposztálhatok. Ezek az anyagok ideálisak foiTÓ étel kiszállítására és hideg élelmiszer csomagolására.

A habosított polisztirol hulladékokat használják mint pámás csomagolóanyagokat fogyasztói és ipari árukhoz. Számos ilyen hulladék végül szemétlerakodó helyekre kerül. A találmány szerinti PHA-ot tartalmazó hulladék azonban éppen úgy megfelel mint a polisztirol, és emellett fokozott biológiai lebonthatósággal és komposztálhatósággal rendelkezik. Más komposztálható anyagoktól, így a keményítőtől eltérően, az ilyen PHA hulladékok ellenállók számos azokásos oldószerre és folyadékra, így a vízre.

1. Eljárások habok gyártására

A találmány szerinti habok a szakemberek által jól ismert, hagyományos eljárások alkalmazásával előállíthatók. Egy túlnyomórészt használt eljárás habok előállítására magában foglalja egy folyékony polimer (vagy kopolimer) fázis felhabosítását kis sűrűségű habszerkezetű fázissá, majd ennek az állapotnak a megőrzését (1. ECT). Más eljárások magukban foglalják a polimerben (vagy kopolimerben) előzetesen diszpergált anyagok kimosását, kis szemcsék zsugorítását és habszerkezetű részecskék diszpergálását egy polimerben (vagy kopolimerben). A felhabosítási eljárás három műveletből tevődik össze. Ezek a cella iniciálása, a cella növelése és a cella stabilizálása. A cellák iniciálására, növelésére és stabilizálására számos módszert alkalmaznak.

HU 218 160 Β

Az anyagkeverékek felhabosítása azon alapszik, hogy növelik a nyomást az iniciált cellákban az ezeket körülvevő cellák nyomásához viszonyítva. A cellákat vagy kémiai úton (például térhálósítással, polimerizációval), vagy fizikai úton (kristályosítással, ömledék üvegesítésével) stabilizálják. A polisztirol egy példa a polimerekre, amelyeket ilyen eljárással habosítanak. Ezt úgy végzik, hogy egy hajtóanyagot (habosítóanyagot), így izomer pentánokat és hexánokat vagy halogénezett szénhidrogéneket [H.R. Lasman: Modem Plastics, 42 (1A), 314 (1964)] kevernek a polimerrel (vagy kopolimerrel) melegítéssel, és a hajtóanyagot hagyva behatolni a polimerbe (2 681 321 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás), vagy a polisztirolt hajtóanyag jelenlétében polimerizálják (2 983 692 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás). A cikkek előállítását rendszerint több műveletben végzik, ezek közül az elsőben gőzt, forró vizet vagy forró levegőt használnak a polimer felhabosítására, kis sűrűségű előformázott gyöngyökké. Ezeket az előformázott gyöngyöket öregítik, néha több műveletben a megfelelő cellaméret eléréséhez, majd öntőformába teszik, hővel összeömlesztik és tovább habosítják [S. J. Skinner, S. Baxter and P. J. Grey: Trans. J. Plast. Inst. 32, 180 (1964)]. A stabilizálást úgy végzik, hogy a polimert lehűtik az üvegesedési hőmérsékleténél alacsonyabb hőfokra.

A nyomáscsökkentéses (dekompressziós) habosítás! eljárásokkal a cellákat úgy állítják elő és növelik, hogy a feldolgozás alatt csökkentik a külső nyomást. A habszerkezetű polietilént és polipropilént gyakran ily módon állítják elő. Egy bomlékony hajtóanyagot előre összekevernek a polimerrel (vagy kopolimerrel), és egy extruderen vezetik át megnövelt hőmérsékleten és nyomáson, így a hajtóanyag részben elbomlik. Amikor az anyag elhagyja az extrudert, belép egy kisebb nyomású zónába. Egyidejű habosítás és hűtés megy végbe, ami stabil habszerkezetet eredményez a polimer gyors kristályosodása következtében [R. H. Hansen: SPE J. 18, 77 (1962); W. T. Higgins: Mód. Plast. 31 (7), 99 (1954)].

Diszperziós eljárásokkal úgy képezik a habokat, hogy a polimer (vagy kopolimer) fázisba diszpergáló szilárd anyagot vagy gázt vezetnek, majd ha szükséges, stabilizálják a keveréket (ÉCT). Egy ilyen habképző eljárásban egy gázt mechanikusan diszpergálnak a polimer vagy monomer fázisban, így időszakosan stabil habot állítanak elő. Ezt a habot azután kémiai úton térhálósítással vagy polimerizációval stabilizálják. Ily módon készítik a latex habgumikat (1. ECT).

E) Sajtolt cikkek

A találmány egy másik kivitelezésénél a műanyag cikkek sajtolt cikkek. A leírásban a „sajtolt cikk” kifejezés olyan tárgyakra vonatkozik, amelyeket polimer vagy kopolimer anyagokból (például polihidroxi-alkanoátból) formázunk fröccsöntéssel, préseléssel, vagy gázzal fújva olyan alakra, amit egy formázószerszám negatív része határoz meg. Ezek a tárgyak lehetnek tömör tárgyak, így játékok, vagy üregesek, így flakonok és konténerek.

A hőre lágyuló anyagok fröccsöntése több műveletből álló eljárás, amelynél egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot addig melegítünk, amíg megolvad, majd zárt formázószerszámba kényszerítjük, ahol kialakul a formája, és végül hűtéssel megszilárdítjuk. A fröccsöntéshez számos különböző gép használható. A három szokásos típus a dugattyús, a csigás előplasztikátoros fröccsöntő gép és a csigadugattyús fröccsöntő gép [Encyclopedia of Polymer Science and Engineerirtg, Vol. 8. pp. 102-138, John Wiley and Sons, New York (1986); a továbbiakban „EPSE-3”]. A dugattyús fröccsöntő gép áll egy hengerből, egy elosztóból és a dugattyúból. A dugattyú az olvadékot a formázószerszámba kényszeríti. A csigás előplasztikátor egy második fokozati fröccsöntővel áll egy plasztikátorból, irányítószelepből, egy hengerből elosztó nélkül és egy dugattyúból. Miután a csiga képlékenyítette az olvadékot, a dugattyú a formázószerszámba kényszeríti. Egy csigadugattyús fröccsöntő gép áll egy fröccshengerből és egy csigából. A csiga forogva megolvasztja és keveri az anyagot, majd előrehaladva az olvadékot a formázószerszámba nyomja.

A hőre lágyuló anyagok kompressziós sajtolása abból áll, hogy a találmány szerinti polihidroxi-alkanoát egy bizonyos mennyiségét egy nyitott sajtolószerszám alsó felébe bekészítjük. A szerszám alsó és felső részét nyomás alatt összeillesztjük, így a megolvadt PHA megfelel a sajtolószerszám alakjának. A szerszámot ezután lehűtjük, s így a műanyag megkeményedik (1. EPSE-3).

A fúvással végzett sajtolást palackok (flakonok) és más üreges tárgyak előállítására használják (1. EPSE-3). Ennél az eljárásnál egy előfonna megolvadt PHA-ot (úgynevezett ,,parison”-t) zárt, üreges présformába sajtolnak. A parisont ezután gázzal felfújják a PHA-ot a présforma falaihoz nyomva. Ezután a műanyagot lehűtik, így megkeményedik. A présformát kinyitják és a cikket kiveszik.

A fúvással végzett sajtolásnak számos előnye van a fröccsöntéssel szemben. Az alkalmazott nyomás sokkal kisebb mint a fröccsöntésnél. A fúvással végzett sajtolás általában elvégezhető 172,5-690 kPa (25-100 psi) nyomáson a műanyag és a formázószerszám felülete között. Ezzel ellentétben, a fröccsöntésnél a nyomás elérheti a 69 000-138 000 kPa (10 000-20 000 psi) nyomást (1. EPSE-3). Azokban az esetekben, amikor a polihidroxi-alkanoát molekulatömege túl nagy ahhoz, hogy könnyen folyjék a formázószerszámokon keresztül, akkor a fúvással végzett sajtolás a választható eljárás. A nagy molekulatömegű polimerek (vagy kopolimerek) gyakran jobb tulajdonságokkal rendelkeznek mint a kis molekulatömegű analógok, így például a nagy molekulatömegű anyagok nagyobb ellenállással bírnak a környezeti nyomásra bekövetkező bomlás ellen (1. EPSE-3). Fúvással végzett sajtolással a termékek igen vékony falakkal készíthetők el. Ez azt jelenti, hogy kevesebb polihidroxi-alkanoátot használunk, és a megszilárdulási idő rövidebb, s ez kisebb költségeket eredményez az anyag megtakarításán és a nagyobb teljesítményen keresztül. A fúvással végzett sajtolásnak egy másik jellemzője, hogy mivel ehhez csak egy nega13

HU 218 160 Β tív présforma szükséges, kis változtatások az extrudálási körülményekben a parisonfiivókán, megváltoztathatják a falvastagságot (EPSE-3). Ez előnyös olyan szerkezeteknél, amelyeknél a szükséges falvastagságok előre nem mondhatók meg. Különböző vastagsággal rendelkező cikkeket kiértékelünk, és a legvékonyabb, így a legkönnyebb és legolcsóbb cikk, amely megfelel a követelményeknek, az használható.

F) Szövés nélküli anyagok (textíliák)

A találmány egy másik kivitelezésénél a müanyalt cikk szövés nélküli anyag. A leírásban a „szövés nélküli” kifejezés pórusos, textilszerű anyagokat jelent, legtöbbször sík lap alakjában, amelyek elsősorban vagy teljesen szálakból összeállított szövedékek, s ezek más eljárásokkal készülnek, mint fonással, szövéssel vagy burkolással. A szövés nélküli anyagok általános áttekintése megtalálható a szakirodalomban (Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Second Edition, Vol. 10, pp. 204-226; a továbbiakban: „EPSE-4”). Ezeknek az anyagoknak más nevei: elemi szálakból ragasztott anyagok (vagy ragasztott szövedékek), formázott anyagok vagy megszerkesztett anyagok. A szövedékrétegek vastagsága 25 mm és több cm között, és a tömege 10 g/m² és 1 kg/m² között változhat. A szövés nélküli anyagok fizikai tulajdonságai széles tartományban változnak az anyagtól és a szövedék képzésére használt eljárástól függően. Az anyag lehet önhordó és merev, mint a papír, vagy lágyan eső, mint a hagyományos textilanyagok.

A hagyományos textíliákkal ellentétben valamennyi szövés nélküli anyag alapszerkezetét egy szálakból álló szövedék képezi, ahol a szálak többé-kevésbé véletlenszerűen (találomra) vannak elrendezve [Nonwovens Ind., 17, 36 (1986); Nonwovens World, 1, 36 (1986)]. Az alapelem egy egyes szál. A szövés nélküli anyagban a szakítási, tépési és tapintási tulajdonságok a ragasztótól vagy más kémiai és fizikai kötéstől függnek, szál a szálhoz ffikcionálás jön létre áthurkolódással és megerősítve más anyagokkal, így habokkal és fóliákkal (vö. EPSE-4).

1. Eljárás szövés nélküli anyagok előállítására

A találmány szerinti szövés nélküli anyagok a szakterületen ismert, hagyományos eljárásokkal előállíthatók. A szövés nélküli anyagok előállítását a következőképpen végezzük: 1. különböző hosszúságú és átmérőjű szálakat készítünk; 2. ezekből a szálakból szövedéket állítunk elő; és 3. a szálakat a szövedéken belül összeerősítjük, ragasztóval vagy mechanikus-frikcionáló erőket létesítünk a szálak összeillesztésével vagy áthurkolásával. Ezeken a műveleteken kívül néha előnyös, ha a szövedéket megerősítjük úgy, hogy más anyagokkal kombináljuk, például fonalakkal, bevonatokkal, fóliákkal, hálókkal vagy össze nem erősített szövedékekkel. Ezek közül egy vagy több művelet variálásai teszik lehetővé a szövés nélküli anyagtípusok hatalmas választékát. A „vágott szál” kifejezést eredetileg a természetes eredetű szálakra alkalmazták, amelyek elég hosszúak ahhoz, hogy textilgépeken feldolgozzák, de kizárva a végtelen szálakat, például a selyemszálakat. A jelen összefüggésben, a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátra alkalmazva, a „vágott szálak” viszonylag egyforma, körülbelül 1,3-10,2 cm hosszúak, szabályos hullámosítással, vagyis háromdimenziós hullám alakú formával. A regenerált és más extrudált szálak végtelenek amikor képződnek. Ezeket a gyártási eljárás alatt előírt hosszúságra felvágjuk, hogy megfeleljenek a feldolgozási vagy piaci igényeknek. Az extrudált szálak is úgy képződnek, mint a folytonos szálak, hullámosság nélkül. A vágott szálakból a szövedékek készítésére szolgáló eljárások különböznek azoktól, amelyek folytonos szálakat használnak. A vágott és a végtelen szálakból készült szövedékekből előállított termékek tulajdonságai lényegesen eltérnek (1. EPSE-4).

A szálak mechanikai tulajdonságai, amelyeket kémiai összetételük szab meg, határozzák meg az anyag végső jellemzőit. A szövedék szerkezete és a kötés maximalizálják a szál jellemző tulajdonságait (1. EPSE-4). Más anyagok, amelyek a találmány szerinti szövés nélküli anyagokban a PHA-tal kombinálva használhatók, a facellulóz; regenerált szálak, így a viszkóz-rayon és a cellulóz-acetát; és a szintetikus szálak, így a polietiléntereftalát (PÉT), nejlon-6, nejlon-6,6, polipropilén (PP) és poli(vinil-alkohol). A találmány szerinti szövés nélküli PHA anyagokból készített eldobható pelenkák vagy egészségügyi betétek burkolatai előnyösen akkor is száraz érzetet adnak, amikor a belső abszorbens réteg telített. A szál fontos jellemzői, amelyek a minőséget befolyásolják a hosszúság, átmérő, sűrűség, hullámosság, keresztmetszeti alak, fonási kikészítés (az extrudált szálak felületéhez csúsztatóanyagot adnak a feldolgozhatóság javítására), a mattírozás (az extrudálás előtt kis mennyiségű TiO₂ pigmentet adnak hozzá a fehérség fokozására vagy a fényesség csökkentésére) és a nyúlási arány, a) Szövedékkészitési eljárások

A szálakból készült szövedék jellemzői meghatározzák a végtermék fizikai tulajdonságait. Ezek a jellemzők nagyban függnek a szál felépítésétől, amit az előállítás módja határoz meg. A szál felépítése magában foglalja a szál túlnyomó irányát (akár orientált, akár véletlenszerű) a szál alakját (egyenes, görbe vagy göndörített), a szálak közötti összekapcsolódás vagy áthurkolódás mértékét, a hullámosságot és a tömörítést (a szövedék sűrűségének a szabályozását). A szövedék jellemzőit befolyásolja még a szál átmérője, hossza, a szövedék tömege, és a polimer kémiai és mechanikai tulajdonságai (1. EPSE-4).

A szövedék képzési módjának megválasztását meghatározza a szál hossza. Kezdetben a szövedékek képzési eljárásai vágott hosszúságú szálakból (elég hosszú szálak ahhoz, hogy ezeket hagyományos fonóberendezéseken feldolgozzák, rendszerint körülbelül 1,2-körülbelül 20 cm hosszúak, de nem végtelenek) a textilkártolási eljáráson alapultak, míg a szövedék képzése rövid szálakból a papírgyártási technológiákon alapult. Ezeket az eljárásokat ugyan még most is használják, de ezek után más módszerek is kialakultak. így például szövedékeket előállítanak hosszú, valójában végtelen szálakból, közvetlenül tömbpolimerből, a szövedéket és a szálakat egyidejűleg előállítva (1. EPSE-4). Számos szövedék-előállítási eljárás ismeretes, így a kárto14

HU 218 160 Β lás, a levegővel rétegezés, nedves képzés, összekötés szálhúzással és fuvás ömledékből.

A kártolási eljárás a szálak kártolásának régi kézi módszereiből származik, amikor a természetes vágott szálakat tűágyakon dolgozták fel. A kártolásnál a vágott szálak halmazait mechanikailag szétválasztották egyedi szálakra, és ezeket szorosan egymás mellé helyezett tűk mozgó ágyának mechanikai hatásával összefüggő szövedékké alakították.

A levegővel rétegezéses eljárásban a kártolással végzett orientálás hatásosan javítható úgy, hogy a szálakat légáramból, szitán fogják fel (3 338 992 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás). A szálakat bontófogakkal vagy tűkkel szétválasztják, és levegőáramba vezetik. A teljesen véletlenszerű elrendezés kizár minden kitüntetett orientálást, amikor a szálakat a szitára gyűjtik.

A nedves képzéssel végzett eljárásoknál igen rövid szálakat alkalmaznak. Kezdetben a szövedékeket rövid szálakból módosított papírgyártási eljárásokkal képezték. A szálakat folyamatosan diszpergálták nagy térfogatú vízben, és egy mozgó, végtelen drótszitán felfogták. Amikor a szövedéket a szitán felfogták, átvitték szalagokra vagy nemezekre, és forró dobokon szárították (1. EPSE-4).

A szálhúzásos összekötési eljárás szövedék előállítására (spunbonded web process) magában foglalja a szálak és a szövedék egyidejű előállítását közvetlenül tömbpolimerből. A tömbpolimert megolvasztjuk, extrudáljuk és szálakká húzzuk (gyakran dörzselektromos erőkkel), ezeket randomizáljuk (véletlenszerűen elrendezzük), és szalagokra, így egy folytonos szalagra rétegezzük. A szálak ténylegesen folytonosak. Ez az összeerősítés szálhúzással kevéssé hullámos szálakból álló szövedékeket eredményez, általában körülbelül 1,5 denier vagy ennél kissé vastagabb szálakkal. Ezeknek a szálaknak a kettős törése és átmérőjük egyformasága hasonló a szabványos textilszálakéhoz és a végtelen szálakéhoz (1. EPSE-4). Mindegyik gyártóvonal megfelel egy specifikus polimernek és egy egyszeres kötéses rendszernek [4 163 305 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás].

Szövedékeket előállíthatunk közvetlenül tömbpolimerekből ömledékből végzett fuvással is (3 322 607 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás). A megolvasztott polihidroxi-alkanoátot egy speciális sajtolószerszám igen finom nyílásain nyomjuk egy nagy sebességű levegőáramba, ahol a PHA igen finom, bár szabálytalan, nem meghatározott hosszúságú szálakká alakul. A szálakból egyidejűleg szövedéket készítünk, ilyenkor a szálakat a megolvasztás, az újra megszilárdulás és esetleg statikus erők tartják össze (1. EPSE-4). A szövedék elsősorban igen finom átmérőjű szálakból áll.

b) A szövedék összeerősítése

A szálak összeerősítése adja a szövedék szilárdságát, és befolyásolja egyéb tulajdonságait. Mind ragasztásos, mind mechanikai módszereket használunk. A mechanikai kötésnél a szálak frikcionáló erőkkel való összekötését alkalmazzuk. A kötést elérhetjük kémiai reakcióval is, például kovalens kötéseket létesítve a kötőanyag és a szál között (1. EPSE-4).

G) Elasztomerek

A találmány egy következő kiviteli alakjában a műanyag cikk elasztomer. A leírásban az „elasztomer” kifejezés olyan anyagokra vonatkozik, amelyek erő alkalmazására hosszan tartóan deformálódnak, majd a rájuk ható erő megszűnésekor tökéletesen regenerálódnak. Általános ismertetést ad az elasztomerekről az Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Second Edition, Vol. 5., pp. 106-127 (a továbbiakban EFSE-5). Egy találmány szerinti elasztomer szobahőmérsékleten eredeti hosszának előnyösen legalább kétszeresére ismételten megnyújtható, és a feszítőterhelés megszüntetése után azonnal és erőteljesen visszakapja megközelítőleg eredeti hosszát. A találmány szerinti elasztomerek a Tg üvegesedési hőmérséklet felett vannak, és amorfak igénybe nem vett állapotban, s így a deformációhoz szükséges nagy lokális szelvényes mobilitást mutatnak. A láncok flexibilisek, és az intermolekuláris (a láncok közötti) erők gyengék. A találmány szerinti elasztomerek elegendő számú kémiai vagy fizikai keresztbeláncolással rendelkeznek ahhoz, hogy folytonos hálót képezzenek, és a láncok elcsúszását akadályozzák.

A találmány szerinti hőre lágyuló elasztomerek sok tulajdonsága azonos a hagyományos elasztomerekével, így a vulkanizált gumiéval, de feldolgozásuk inkább olyan, mint a hőre lágyuló, nem mint a hőre keményedő műanyagoké. Az átmenet folyékony olvadékból szilárd állapotba reverzibilis. A találmány szerinti hőre lágyuló elasztomerek többfázisú rendszerek, amelyekben legalább egy fázis lágy és gumiszerű, és a másik kemény. A hőre lágyuló elasztomereknél az átmenet a feldolgozható olvadékból a szilárd, gumiszerű tárggyá gyors, reverzibilis, és hűtésre végbemegy. A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok, amelyeket elasztomerekké dolgozunk fel, előnyösen elegendő elágazó tartalommal rendelkeznek, ami lehetővé teszi, hogy mint hőre lágyuló elasztomerek szerepeljenek, amelyekben a kristályos részek mint kemény részek és az amorfok mint lágy részek hatnak. A találmány szerinti hőre lágyuló elasztomerek a hagyományos műanyag-feldolgozó berendezésekben, így fröccsöntő berendezésekben feldolgozhatok.

A hőre lágyuló elasztomerek fontos szerkezeti paraméterei a molekulatömeg, a lágy és kemény részek jellege, és a lágy és kemény részek aránya. A kemény részek aránya a lágy részekhez eredményezi az elasztomer teljes modulusát, ami a kemény részek arányával növekszik.

A találmány szerinti elasztomerek, amelyek a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátokat tartalmazzák, használhatók más polimerekkel (vagy kopolimerekkel) képezett keverékekben, még a nem elasztomer PHA-okkal is, növelve az ütő-hajlító szilárdságot és a merevebb anyagok szívósságát.

H) Ragasztók

A találmány egy következő kiviteli alakjában a műanyag cikk ragasztó. A leírásban használt „ragasztó” kifejezés olyan anyagot jelent, ami két másik anyagot, a

HU 218 160 Β tapadó anyagokat egyesíti. Általános ismertetés a ragasztókról található a szakirodalomban (Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 1, pp. 547-577, a továbbiakban „EPSE-6” ). A találmány egy előnyös kiviteli alakjában a ragasztót mint előnyösen kis viszkozitású folyadékot alkalmazzuk. A ragasztó folyékony alakban megnedvesíti a tapadó felületeket, és a tapadó felületek hajszálrepedéseibe behatol. A folyékony ragasztót úgy kapjuk, hogy a ragasztót felmelegítjük addig a pontig, amíg folyni kezd, az anyagot egy oldószerben feloldjuk vagy diszpergáljuk; vagy folyékony monomerekből vagy oligomerekből indulunk ki, amelyek felhordásuk után polimerizálódnak vagy reagálnak. Ekkor a ragasztó fázisváltozáson megy át, szilárd fázisú lesz, hűtéssel, az oldószer elpárologtatásával vagy reagáltatásával abból a célból, hogy a kötés megszerezze a szükséges szilárdságot a nyíróerőknek való ellenálláshoz. A nyomásra érzékeny ragasztók kivételek, mivel itt nem következik be fázisváltozás.

A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok számos ragasztóvá feldolgozhatok, beleértve az úgynevezett „hot-melt” ragasztókat, oldatokat, diszperziókat és nyomásra érzékeny ragasztókat, de ezekre nem korlátozva.

1. „Hot-melt” ragasztók

A leírásban a „hot-melt” ragasztó kifejezés olyan hőre lágyuló polimerre vagy kopolimerre (például a találmány szerinti PHA-ra) vonatkozik, amit felmelegítve folyóképes viszkozitással rendelkező folyadékot kapunk, és felhordása után lehűtve megszilárdul. A ragasztó molekulatömegét általában megszabja az, hogy folyóképes olvadékot kell kapnunk, de ennek elég erősnek kell lenni ahhoz, hogy szilárd formában ellenálljon a felhordáskor tapasztalt nyíróerőknek. Hőre lágyuló tulajdonságaik következtében a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátok kiváltképpen jól használhatók mint „hot-melt” ragasztók. Ezeknek a ragasztóknak elsődleges jellemzője a hőre lágyuló anyagnak az a képessége, hogy folyékony egy bizonyos hőmérséklet felett, sokkal magasabb hőmérsékleten mint a kötés normál használati hőmérséklete. Hűtéskor az anyag megkeményedik úgy, hogy túlhaladja az egyik komponens üvegesedési hőmérsékletét vagy a kristályosodási hőmérsékletét. A keményedés fizikai integritást ad a kötésnek. A polihidroxi-alkanoátoknál a megszilárdulás módja a kristályosodás.

2. Oldatok és diszperziók

A találmány szerinti ragasztók alkalmazhatók mint oldatok vízben vagy egy szerves oldószerben oldva, vagy vizes diszperziók alakjában. Bármely formájú is, a ragasztó felhordása után az oldószert el kell távolítani, hogy a ragasztó megkapja a kívánt szilárd formát. Az oldatot vagy diszperziót rendszerint az összeerősíteni kívánt felületek egyikére visszük fel, és az oldószert eltávolítjuk, mielőtt a második felülettel összeerősítjük; gyakran melegítés szükséges a szárítási művelet gyorsítására. Pórusos anyagoknál, így a papírnál vagy fánál, a végső szárítás a kötés képzése után történhet. Az oldatok szilárdanyag-tartalma 5-95 tömeg%, leginkább 20-50 tömeg%.

A leírásban a „diszperzió” kifejezés arra vonatkozik, ha ragasztókat valódi emulziós polimerizációval állítunk elő, vagy mint nagyobb részecskéket diszpergáljuk valamely hordozófolyadékban. Gazdasági előnyeiken kívül a 40-50 tömeg% szilárd anyagot tartalmazó diszperziók kisebb viszkozitást adnak mint az oldatok, még akkor is, ha a szilárd anyagok nagy molekulatömegű polimerek (1. EPSE-6). A találmány szerinti ragasztódiszperziók készíthetők nagy nyíróerővel diszpergálva felületaktív anyagok jelenlétében, s így aquatikus készítményeket előállítva. Ezek az eljárások a szakember számára jól ismertek.

3. Nyomásra érzékeny ragasztók

A találmány szerinti ragasztók egy másik típusát képezik a nyomásra érzékeny ragasztók. Más ragasztóktól eltérően a nyomásra érzékeny ragasztók nem változtatják fizikai állapotukat a kezdeti alkalmazástól a tapadókötés megszakításáig. Ezek állandóan deformálhatok maradnak, és még kis nyomás alkalmazásánál is változhatnak. Ezek olyan ragasztók, amelyek száraz formában permanensen ragadósak szobahőmérsékleten, és szilárdan tapadnak a felületekhez csupán érintkezésre. A nyomásra érzékeny ragasztók legáltalánosabb formája egy alátéten, rendszerint szalag alakú alátéten foglal helyet. A szokásos enyvezett fedőpapírokat például kézileg alkalmazzák, miután a felhasználó a hengerről a kívánt hosszúságot lefejtette. Sok kötést nyomásra érzékeny ragasztókkal erősítenek a bőrhöz.

Eldobható személyi testápolási termékek

A találmány vonatkozik továbbá eldobható személyi testápolási termékekre, amelyek a találmány szerinti polihidroxi-alkanoátokat tartalmazzák. Ilyenek például a komposztálható abszorbens cikkek, amelyek egy folyadékáteresztő fedőlapot, egy találmány szerinti fóliával (például egy találmány szerinti PHA-ból álló fóliával) ellátott folyadék-átnemeresztő hátlapot, és a fedőlap és a hátlap között elhelyezkedő abszorbens magot tartalmaznak. Ilyen abszorbens cikkek a gyermekpelenkák, felnőtt inkontinencianadrágok és -betétek és női egészségügyi betétek és nadrágbélések.

A találmány szerinti polihidroxi-alkanoátokat tartalmazó további személyi testápolási termékek a személyi tisztítótörlők; eldobható egészségügyi termékek, így bandázsok, sebkötöző szerek, sebtisztító tamponok, műtéti köpenyek, műtéti ágynemű, műtéti tamponok; más egészségügyi eldobható cikkek, így köpenyek, törlők, tamponok, ágyneműfélék, így lepedők, párnahuzatok és habszivacs ágybetétek.

A) Abszorbens cikkek

A találmány szerinti abszorbens cikkekben, így az eldobható pelenkákban folyadék-átnemeresztő hátlapokként használt találmány szerinti fóliák vastagsága általában 0,01 mm-körülbelül 0,2 mm, előnyösen 0,012 mm-körülbelül 0,051 mm.

A folyadék-átnemeresztő hátlap általában kombinálva van egy folyadékáteresztő fedőlappal és a fedőlap és a hátlap között elhelyezkedő abszorbens maggal. Adott esetben ezekhez tartoznak még elasztikus elemek és füles rögzítőpántok. A fedőlap, a hátlap, az abszorbens mag és az elasztikus elemek ugyan különböző, jól ismert konfigurációkban lehetnek összeállítva, de egy előnyös pelenkaalakzatot ismertet általánosságban a

HU 218 160 Β

860 003 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás.

A fedőlap előnyösen puha tapintású, és nem izgatja a viselő bőrét. A fedőlap továbbá folyadékáteresztő, lehetővé teszi, hogy a folyadékok könnyen áthatoljanak egész vastagságán. Megfelelő fedőlapok számos különböző anyagból készíthetők, így pórusos habokból, hálószerkezetű habokból, perforált műanyag fóliákból, természetes szálakból (például cellulóz- vagy pamutszálakból), szintetikus szálakból (például poliészter- vagy polipropilénszálakból) vagy természetes és szintetikus szálak keverékéből. A fedőlapot előnyösen hidrofób anyagból készítjük, hogy izoláljuk a viselő bőrét az abszorbens magban lévő folyadéktól.

Egy kiváltképpen előnyös fedőlap körülbelül 1,5 denier finomságú, vágott hosszúságú szálakat tartalmaz. A leírásban a „vágott hosszúságú szál” kifejezés olyan szálakra vonatkozik, amelyek hosszúsága legalább körülbelül 16 mm.

Számos gyártási eljárás ismeretes, amely a fedőlap előállítására használható. így például a fedőlap lehet szövött, szövés nélküli, szálhúzással összeerősített kártolt stb. Az előnyös fedőlap kártolt és termikusán összeerősített, oly módon, amit a textilszakemberek jól ismernek. A fedőlap tömege előnyösen körülbelül 18-körülbelül 25 g/m², száraz állapotban minimális szakítószilárdsága legalább körülbelül 400 g/cm a gépirányban, és nedves szakítószilárdsága legalább körülbelül 55 g/cm keresztirányban.

A találmány szerinti abszorbens cikkek egy előnyös kiviteli alakjánál a fedőlap egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot tartalmaz.

A fedőlapot és a hátlapot bármely megfelelő módon összeerősíthetjük. A leírásban az „összeerősíteni” kifejezés magában foglalja azokat a konfigurációkat, amelyeknél a fedőlap közvetlenül kapcsolódik a hátlaphoz, a fedőlapot közvetlenül a hátlaphoz rögzítve; és azokat a konfigurációkat, amelyeknél a fedőlap közvetve kapcsolódik a hátlaphoz, a fedőlapot egy közbülső elemhez erősítve, ami viszont a hátlaphoz van rögzítve. Egy előnyös kiviteli alaknál a fedőlap és a hátlap közvetlenül egymáshoz van erősítve a pelenka kerületén rögzítőeszközökkel, így a szakterületen jól ismert ragasztókkal vagy más rögzítőeszközökkel. így például a fedőlapnak a hátlaphoz való erősítésére használható egy egyenletes folytonos ragasztóréteg, egy mintás ragasztóréteg vagy különálló ragasztóvonalak vagy -foltok elrendezése.

A találmány szerinti abszorbens cikkek egy előnyös kiviteli alakjánál a ragasztó egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot tartalmaz.

A füles rögzítőpántokat általában a pelenka hátsó övrészén alkalmazzuk, hogy a pelenkát a viselőn tartó rögzítést létesítsünk. A füles rögzítőpánt a szakterületen jól ismertek bármelyike lehet, így a 3 848 594 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett rögzítőpánt. Ezeket a rögzítőpántokat vagy a pelenkát rögzítő más eszközöket általában a pelenka sarkainak közelében alkalmazzuk.

Az előnyös pelenkák elasztikus elemekkel rendelkeznek, amelyek a pelenka kerületéhez csatlakoznak, előnyösen a pelenka hosszanti szélei mentén úgy, hogy az elasztikus elemek megnyúlnak, és a pelenkát a viselő combjai ellenében megtartják. Az elasztikus elemek összehúzható állapotban vannak a pelenkához erősítve úgy, hogy normál, nem feszített állapotban az elasztikus elemek a pelenkát összehúzzák vagy összeráncolják. Az elasztikus elemek összehúzható állapotban legalább kétféleképpen rögzíthetők. így például az elasztikus elemek megnyújthatók, és így rögzíthetők, miközben a pelenka nincs összehúzott állapotban. De úgy is eljárhatunk, hogy a pelenkát húzzuk össze például redőzéssel, és az elasztikus elemeket a pelenkához rögzítjük, és azzal összekötjük, miközben az elasztikus elemek laza vagy nem megfeszített állapotban vannak.

Az elasztikus elemek konfigurációja sokféle lehet, így például az elasztikus elemek szélessége körülbelül 0,25 mm és körülbelül 25 mm vagy ennél több között lehet; az elasztikus elemek állhatnak egyetlen, elasztikus anyagból készült szálból vagy az elasztikus elemek lehetnek szögletesek vagy görbe vonalúak. Az elasztikus elemek számos más, a szakterületen ismert módon a pelenkához erősíthetők. így például az elasztikus elemeket ultrahanggal, hővel, nyomással rögzíthetjük a pelenkához, különböző mintákat használva a rögzítéshez, vagy az elasztikus elemeket egyszerűen a pelenkához ragasztjuk.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál az elasztikus elemek egy találmány szerinti PHA-ot tartalmaznak.

A pelenka abszorbens magja a fedőlap és a hátlap között foglal helyet. Az abszorbens mag igen különböző méretekben és alakokban (például téglalap, óraüveg, aszimmetrikus alakban) és igen különböző anyagokból elkészíthető. Az abszorbens mag teljes abszorbens kapacitásának azonban összeférhetőnek kell lenni az abszorbens cikk vagy pelenka szándékolt használatára betervezett folyadékterheléssel. Az abszorbens mag mérete és abszorbens kapacitása változhat továbbá, hogy illeszkedjék a viselőkhöz, csecsemőtől a felnőttekig.

A pelenka egy előnyös kiviteli alakja szerint az abszorbens mag óraüveg formájú. Az abszorbens mag előnyösen egy abszorbens elem, amelyben egy szövedékből vagy kártolási fátyolból készített légnemez, facellulóz rostok és/vagy egy szemcsés abszorbens polimer készítmény van elhelyezve.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjában az abszorbens mag abszorbens polimer készítménye egy találmány szerinti PHA-ból áll.

A találmány szerinti más abszorbens cikkek, például az egészségügyi betétek, amelyek arra vannak tervezve, hogy felfogjanak és megtartsanak vaginális váladékokat, így menstruációs váladékokat. Az eldobható egészségügyi betétek arra vannak tervezve, hogy egy ruhadarab, így egy alsónemű, nadrág vagy egy speciálisan tervezett öv ezeket az emberi test mellett tartsa. Ilyen egészségügyi betéteket, amelyekhez a találmány szerinti fóliák könnyen alkalmazhatók, mutat be a 4 687 478 és 4 589 876 számú amerikai egyesült álla17

HU 218 160 Β mokbeli szabadalmi leírás. Nyilvánvaló, hogy a fentiekben ismertetett polihidroxi-alkanoátokat tartalmazó találmány szerinti fóliák, mint az ilyen egészségügyi betétek folyadék-átnemeresztő hátlapjai használhatók. Másrészt érthető, hogy a találmányt nem korlátozzuk valamely specifikus egészségügyi betét alakjára vagy szerkezetére.

Egy egészségügyi betét általában tartalmaz egy folyadék-átnemeresztő hátlapot, egy folyadékáteresztő fedőlapot és egy abszorbens magot a hátlap és a fedőlap között elhelyezve. A hátlap egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátból áll. A fedőlap állhat bármely fedőlapanyagból, amelyeket a pelenkákkal kapcsolatban említettünk. Az ezekhez alkalmazott ragasztók szintén tartalmazhatnak egy találmány szerinti polihidroxi-alkanoátot. Az abszorbens mag állhat bármely abszorbens maganyagból, amelyeket a pelenkákkal kapcsolatban említettünk, és amelyek egy találmány szerinti PHA-ot tartalmaznak.

Lényeges, hogy a találmány szerinti abszorbens cikkek biológiailag lebonthatók és/vagy komposztálhatok nagyobb mértékben, mint a hagyományos abszorbens cikkek, amelyek például poliolefint tartalmaznak (a hátlap például polietilén).

A találmány szerinti kopolimerek és az ezeket tartalmazó műanyag cikkek előállítását a példák szemléltetik. A példákban szereplő kopolimerek megadott arányai mólarányokra vonatkoznak, hacsak máskülönben nem adjuk meg.

1. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát-ko-3-hidroxi-oktanoát)]

Poli [(3 -hidroxi-butirát)-ko-(3 -hidroxi-oktanoát)]-ot állítunk elő a fentiekben ismertetett általános módszerek szerint, és a szakirodalomban a β-butirolakton polimerizációjára közzétett eljárás alapján [Hori, Y., M. Suzuki, Y. Takahashi, A. Yomaquchi and T. Nishishita: Macromolecules, 26, 5533-5534 (1993)]. Specifikusan,

9,50 g (110 mmol) [S]-3-metil-propiolaktont ([8]-βbutirolakton) és 0,83 g (5,8 mmol) [S]-3-pentil-propiolaktont teszünk fecskendővel szeptummal lezárt, argonnal átöblített száraz üvegcsőbe. Az iniciátort, az 1,3diklór-l,l,3,3-tetrabutil-disztannoxánt, amit R. Okawara és M. Wada [(J. Organomet. Chem. 1, 81-88 (1963)] eljárása szerint állítunk elő, egy éjszakán át vákuumban 80 °C-on szárítjuk, majd toluolban feloldva 0,18 mólos oldatot készítünk. A csőbe fecskendővel 0,65 ml iniciátoroldatot adunk (0,12 mmol disztannoxán). A csövet kissé mozgatva a tartalmát összekeverjük, majd félig olajfürdőbe merítve 4 órán át 100 °C-on tartjuk. Ahogy a reakció előrehalad, a cső tartalma viszkózus lesz. A szükséges idő letelte után a csövet az olajfürdőből kivesszük, és hagyjuk szobahőmérsékletre lehűlni. A szilárd terméket kloroformban feloldjuk, majd hexán-éter keverékben kicsapjuk, a csapadékot kiszűrjük, és vákuumban szárítjuk. A kopolimer komonomer összetételét 'H-MMR-spektroszkópiával határozzuk meg, és azt találjuk, hogy az a kísérleti hibán belül ugyanaz mint a kiindulási mólarány (95:5). A molekulatömeget méret szerint elválasztásos kromatográfiával határozzuk meg, mozgó fázisként kloroformmal, és a kalibráláshoz szűk polisztirol standardokat használva.

2. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-monanoát)]

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-monanoát)]-ot állítunk elő az 1. példa szerint, azzal az eltéréssel, hogy

9,50 g (110 mmol) [S]-3-metil-propiolaktont és 0,91 g (5,8 mmol) [S]-3-hexil-propiolaktont használunk mint monomer kiindulási anyagot.

3. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát) -ko-(3-h idroxi -heptanoát)]

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko(3-hidroxi-heptanoát)]-ot állítunk elő az 1. példában leírtak szerint, azzal az eltéréssel, hogy 9,5 g (110 mmol) [S]-3-metil-propiolaktont és 0,74 g (5,8 mmol) [S]-3-butil-propiolaktont használunk monomer kiindulási anyagokként.

4. példa

Poli[(3-hidroxi-valerát)-ko-(3-hídroxi-oktanoát)]

Poli[(3-hidroxi-valerát)-ko-(3-hidroxi-oktanoát)]-ot állítunk elő az 1. példában leírt eljárással, azzal az eltéréssel, hogy 9,50 g (94,9 mmol) [S]-3-etil-propiolaktont és 0,71 g (5,0 mmol) [S]-3-pentil-propiolaktont használunk mint monomer kiindulási anyagokat.

5. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-dekanoát)]

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-dekanoát)]-ot állítunk elő az 1. példában leírt eljárás szerint, azzal az eltéréssel, hogy monomer kiindulási anyagokként

9,50 g (110 mmol) [S]-3-metil-propiolaktont és 0,99 g (5,8 mmol) [S]-3-heptil-propiolaktont alkalmazunk.

6. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-dokozatioát)]

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-dokozanoát)]-ot állítunk elő az 1. példa szerint, azzal az eltéréssel, hogy monomer kiindulási anyagokként 9,5 g (110 mmol) [S]3-metil-propiolaktont és 1,96 g (5,8 mmol) [S]-3hexadecil-propiolaktont alkalmazunk.

7. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-hexa-dekanoát)]

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-dekanoát)]-ot állítunk elő az 1. példában leírt eljárás szerint, azzal az eltéréssel, hogy monomer kiindulási anyagokként 9,5 g (110 mmol) [S]-3-metil-propiolaktont és 1,48 g (5,8 mmol) [S]-3-tridecil-propiolaktont alkalmazunk.

8. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-valerát)ko-(3-hidroxi-oktanoát)]

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-valerát)-ko(3-hidroxi-oktanoát)]-ot állítunk elő az 1. példában leírt eljárás szerint, azzal az eltéréssel, hogy monomer kiindulási anyagokként 7,20 g (83,6 mmol) [S]-3-metil-pro18

HU 218 160 Β piolaktont, 1,14 g (11,4 mmol) [S]-3-etil-propiolaktont és 0,71 g (5,0 mmol) [S]-3-pentil-propiolaktont alkalmazunk.

9. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-oktanoát)ko-(3-hidroxi-dekanoát)]

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-oktanoát)ko-(3-hidroxi-dekanoát)]-ot állítunk elő az 1. példában leírtakhoz hasonló módon, azzal az eltéréssel, hogy monomer kiindulási anyagokként 9,50 g (110 mmol) [S]3-metil-propiolaktont, 0,41 g (2,9 mmol) [S]-3-pentilpropiolaktont és 0,50 g (2,9 mmol) [S]-3-heptil-propiolaktont alkalmazunk.

10. példa

Poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-valerát)-ko(3-hidroxi-oktanoát)-ko-(3-hidroxi-dekanoát)]

Poli[(3 -hidroxi-butirát)-ko-(3 -hidroxi-valerát)-ko-(3 hidroxi-oktanoát)-ko-(3-hidroxi-dekanoát)]-ot állítunk elő az 1. példában leírt módon, azzal az eltéréssel, hogy monomer kiindulási anyagokként 7,20 g (83,6 mmol) [S]-3-metil-propiolaktont, 1,14g(11,4mmol) [S]-3-propiolaktont és 0,43 g (2,5 mmol) [S]-3-heptil-propiolaktont alkalmazunk.

11. példa

Komposztálható egyrétegű fólia mól% oktanoát/95 mól% butirát összetételű poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-oktanoát)]-ot (PHB-O) bevezetünk egycsigás extruderba (Rheomix Model 202), amelynek csigaátmérője 1,9 cm (0,75 inch). 20:1 hosszúság/átmérő arányú és 3:1 kompresszióviszonyú konstans kónuszos csigát alkalmazunk. Az extruder csigaházának mindegyik fűtőzónája 25 °C-kal magasabb mint a PHB-0 olvadási hőmérséklete. Az extruder el van látva egy sajtolószerszámmal, amelynek szélessége 15,2 cm (6 inch) és résszélessége 0,1 cm (0,04 inch). A sajtolószerszámot 20 °C-kal magasabb hőmérsékleten tartjuk a PHB-0 olvadási hőmérsékleténél. A kopolimert az extruderban megolvasztjuk, és az extruder másik végén lévő sajtolószerszámhoz szívatjuk. A csiga fordulatszámát állandó 30 fordulat/perc értéken tartjuk. A kopolimert átnyomjuk a szerszámon, és felvisszük egy elvevőhengeres (feszítőhengeres) tekercselőrendszerre (Postex) olyan sebességgel, hogy a polimer kristályosodása az elvétel előtt lehetővé váljék. Ezeknek a fóliáknak a szélessége megközelítőleg 10,2 cm (4 inch) és a vastagsága körülbelül 0,05 mm (0,002 inch).

12. példa

Komposztálható egyrétegű fólia

95:5 arányú PHB-O fóliákat állítunk elő, az anyagot teflonlemezek között „Carver Press”-ben (Fred S. Carver Inc., Menomonee Falls, Wl) megolvasztva az olvadási hőmérsékletnél 20 °C-kal magasabb hőmérsékleten. A lemezeken a nyomást úgy állítjuk be, hogy körülbelül 0,25 mm vastag fóliákat állítsunk elő. Ezután a fóliákat azonos módon lehűtjük szobahőmérsékletre úgy, hogy a formázószerszámokat nagy (5 kg-os) alumíniumtálcák közé helyezzük, és a fóliákat hagyjuk szobahőmérsékletre lehűlni.

13. példa

Komposztálható többrétegű fólia

PHB-0 fólialapokat készítünk all. példa szerint 95:5 és 50:50 összetételű PHB-0 kopolimerekből. Ezekkel a lapokkal azután közrefogunk egy olyan polimer réteget, amely jó oxigén-visszatartó tulajdonságokkal rendelkezik, de csekély vízgőzáteresztő képességű, vagy egy olyan polimer fóliát, amely vízoldható [például poli(vinil-alkohol), PVA], A fóliákat „Carver press”-be helyezzük, a következő sorrendben összerakva: PHB-0 (95:5), PHB-O (50:50), PVA, PHB-0 (50:50), PHB-0 (95:5). Az anyagot azután olyan hőmérsékleten préseljük, amely 5 °C-kal magasabb mint a PHB-0 (50:50) olvadási hőmérséklete, de alacsonyabb mint a PHB-0 (95:5) olvadási hőmérséklete. Az anyagot 30 percig 9000 kg (2000 pound) erővel préseljük, majd nyomásmentesítünk, és a fóliát hagyjuk szobahőmérsékletre lehűlni.

14. példa

Komposztálható eldobható pelenka

Egy találmány szerinti gyermekpelenkát a következőképpen készítünk. A megadott méretek 6-10 kg-os gyermek használatára szánt pelenka méretei. Ezek a méretek arányosan módosíthatók a különböző nagyságú gyermekek részére, vagy a szabványos gyakorlatnak megfelelően felnőtt inkontinencianadrágokhoz.

1. Hátlap: 0,020-0,038 mm vastag fólia, amely 92:8 arányú poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(hidroxi-oktanoát)] kopolimerből áll (előállítva az 1. példa szerint); szélessége alul és felül 33 cm; bemetszve befelé mindkét oldalon 28,5 cm középső szélességig; hossza 50,2 cm.

2. Fedőlap: kártolt és termikusán összeerősített vágott szál hosszúságú polipropilén szálak („Hercules type 151” polipropilén); szélessége alul és felül 33 cm; bemetszve mindkét oldalon befelé 28,5 cm középső szélességig; hossza 50,2 cm.

3. Abszorbens mag: 28,6 g facellulózt és 4,9 g abszorbens gélképző anyagszemcsét (kereskedelmi poliakrilát a Nippon Shokubai cégtől) tartalmaz; 8,4 mm vastag, kalanderezett; szélessége alul-felül 28,6 cm; mindkét oldalon befelé bemetszve 10,2 cm középső szélességig; hossza 44,5 cm.

4. Elasztikus combpántok: négy egyedi gumiszalag (oldalanként kettő); szélességük 4,77 mm; hosszuk 370 mm; vastagságuk 0,178 mm (valamennyi fenti méret ellazult állapotban van megadva).

A pelenkát szabvány módon összeállítjuk úgy, hogy a maganyagot a fedőlappal takarva elhelyezzük a hátlapon, és összeragasztjuk.

Az elasztikus pántokat („belső” és „külső” megjelöléssel, aszerint, hogy a pánt a maghoz közelebb vagy távolabb van) megnyújtjuk körülbelül 50,2 cm hosszúra, és elhelyezzük ezeket a fedőlap és hátlap között, a mag mindegyik hosszanti széle mentén (két pánt oldalanként). A belső pántokat mindegyik oldal mentén körül19

HU 218 160 Β belül 55 mm-re helyezzük el a mag legkisebb szélességétől)az elasztikus pánt belső szélétől mérve). Ez köztartó elemet biztosít a flexibilis fedőlap/hátlap anyagot a belső elasztikus pánt és a mag meggörbült széle között tartalmazó pelenka mindkét széle mentén. A belső pántokat hosszúságuk mentén kifeszített állapotban ragasztjuk le. A külső pántokat körülbelül 13 mm-re helyezzük el a belső pántoktól, és ezeket is hosszúságuk mentén, megfeszített állapotban ragasztjuk le. A fedőlap/hátlap együttes flexibilis, és a leragasztott pántok a pelenka széleit rugalmasan összehúzzák.

15. példa

Komposztálható könnyű nadrágbélés

Egy menstruációs periódusok közötti használatra megfelelő könnyű nadrágbélés áll egy betétből (felülete 117 cm²; SSK légnemez 3,0 g), amely tartalmaz 1,0 g abszorbens gélképző anyagszemcséket (kereskedelmi poliakrilát, a Nippon Shokubai cégtől); a betétet egy pórusos kiképzésű fólia fedőlap (4 463 045 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint) és egy hátlap közé helyezzük, mely utóbbi 0,03 mm vastag 92:8 arányú poli[(3-hidroxi-butirát)ko-(hidroxi-oktanoát)] kopolimer fólia, amit az 1. példa szerint állítunk elő.

16. példa

Komposztálható egészségügyi betét Menstruációs cikket állítunk elő egészségügyibetét formájában, amelynek két szárnya van, ezek az abszorbens magból nyúlnak ki. A cikket a 15. példa szerint készített betétet (felülete 117 cm²; 8,5 g SSK légnemez) használva készítjük el a 4 687 478 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint. A hátlap- és a fedőlapanyagok a 15. példa szerintiek.

17. példa

Komposztálható eldobható pelenka

A 14. példa szerinti pelenkát módosítjuk úgy, hogy a hátlapot egy olyan hátlappal helyettesítjük, amely 0,020-0,038 mm vastag, 92:8 arányú poli[(3-hidroxibutirát)-ko-(hidroxi-dekanoát)] kopolimer fólia.

18. példa

Komposztálható lemez

Az 1. példa szerinti fóliagyártást módosítjuk úgy, hogy az extruderen a sajtolószerszámot egy széles résű szerszámmal helyettesítjük, amelynek vastagsága körülbelül 0,25 cm és szélessége 15 cm. Az extrudálás utáni feltekercselést úgy végezzük, hogy az extruderből kikerülő lemezt két, ellenkező irányban forgó henger közé illesztjük. Az extruderből ily módon eltávolítjuk a lemezt, és 32 cm hosszú darabokra felvágjuk. Az így kapott lemezek körülbelül 13 cm szélesek és 0,18 cm vastagok.

19. példa

Komposztálható szál mól% oktanoát és 95 mól% butirát összetételű PHB-O kopolimert bevezetünk egycsigás extruderba (Rheomix Model 202), amelynek csigaátmérője 1,9 cm (0,75 inch). A konstans kúpos csiga hosszúság/átmérő aránya 20:1, és 3:1 kompresszióviszonyt alkalmazunk. Az extruder csigaházának mindegyik fütőzónája 25 °Ckal magasabb hőmérsékletű, mint a PHB-0 olvadási hőmérséklete. Az extrudert ellátjuk egy füvókás sajtolószerszámmal, amely 5 darab 500 mm átmérőjű nyílást tartalmaz. A sajtolószerszámot 20 °C-kal magasabb hőmérsékleten tartjuk, mint a PHB-0 olvadási hőmérséklete. A polimert az extruderban megolvasztjuk, és átszívatjuk az extruder másik oldalán lévő sajtolószerszámhoz. A csiga fordulatszáma állandó, 30 fordulat/perc. A polimert átnyomjuk a sajtolószerszámon, és az olvadt extrudált szálakat egy olyan zónán vezetjük át, ahol gyors levegőáramot alkalmazunk, így a polimer szálak megnyúlnak és elvékonyodnak, a nyílás átmérőjének körülbelül 1/5 részére (körülbelül 100 mm-re). A szálakat ezután egy karton alátétre felvesszük. A szálak hossza igen széles tartományú, egészen több cm hosszúságig. A legtöbb szál (több mint 50%) hosszúsága 1,3 és 15 cm között van.

20. példa

Komposztálható rideg hab 5 mól% oktanoát/95 mól% butirát összetételű 40 g

PHB-O kopolimert és 4 g szokásos hajtóanyagot, a 4,4’-oxi-bisz(benzolszulfon-hidrazid)-ot betöltünk egy „Rheomix type 600” keverőkamrájába, amely hollandi dob-késekkel van ellátva. A keverőkamrát a PHB-0 olvadási hőmérséklete fölé melegítjük, de a hajtóanyag bomlási hőmérséklete (158 °C) alatt tartjuk. Miután a kopolimer keveréket 10 percig 60 fordulat/perc sebességgel kevertük, kivesszük, és átvisszük egy fűtött alumíniumtálcára, kiterítve úgy, hogy a massza vastagsága körülbelül 0,5 cm legyen. A kopolimert ezután egy kemencébe (National Appliance Company, model 5830) helyezzük, ismét felmelegítjük a PHB-0 olvadási hőfokára, és ezen a hőmérsékleten tartjuk, amíg a kopolimer teljesen megolvad (körülbelül 5 perc). A kemence hőfokát ezután 160 °C-ra növeljük, ezen a hőmérsékleten a hajtóanyag elbomlik, és a kopolimer kezd felhabosodni. Ezen a ponton a kopolimer habot kivesszük a kemencéből és egy második kemencébe helyezzük, amelyet a PHB-0 maximális kristályosodási sebességének a hőmérsékletén (körülbelül 80 °C-on) tartunk. A kopolimert 6 órán át ebben a kemencében hagyjuk.

21. példa

Komposztálható flexibilis hab A 20. példa szerint járunk el a következő módosításokkal: 60 mól% oktanoát/40 mól% butirát (PHB-O, 40:60) összetételű 40 g poli[(3-hidroxi-butirát)-ko-(3hidroxi-oktanoát)] kopolimert használunk a PHB-O (95:5) helyett.

22. példa

Komposztálható sajtolt cikkek

Fröccsöntéssel készített cikkeket állítunk elő „Mini blax Molder model CS-183” (Custom Scientific

HU 218 160 Β

Instruments, Whippeny N. J.) fröccsöntő gépet használva. A forgórészt és az állórész csészéjét állandóan 20 °C-kal magasabb hőfokon tartjuk az alkalmazott polihidroxi-alkanoát olvadási hőmérsékleténél. Körülbelül 0,5 g PHB-0 (95:5) kopolimert teszünk az állórész csészéjébe, és 3 percig hagyjuk megolvadni. A megolvadt kopolimert sugárirányban megkeverjük, a forgórész végét ötször felemelve és visszaeresztve. Egy súlyzó alakú acél formázószerszámot vékony rétegben tapadásgátló szilikonbevonattal bepermetezünk. A formázószerszámot a „Mini Max Molder” tartókorongjára helyezzük, és a megolvasztott polimert a forgórész végével a formázószerszámba fföccsöntjük. A kopolimert súlyzó alakú darabokká sajtoljuk, amelyek 0,75 mm (0,03 inch) vastagok, 25,4 mm (1 inch) hosszúak és 3,2 mm (0,125 inch) szélesek a darabok közepén és 6,35 mm (0,25 inch) szélesek a végein. Ezek a sajtolt darabok alkalmasak mechanikai tesztelésre.

23. példa

Komposztálható szövés nélküli anyag 2 mól% oktanoát/98 mól% butirát összetételű poli[(3 -hidroxi-butirát)-ko-(3-hidroxi-oktanoát)] (PHB - O) kopolimert bevezetünk egycsigás extruderba (Rheomix Model 202, Paramus, N. J.), a csiga átmérője 19,0 mm (0,75 inch). Kúpos csigát alkalmazunk, amelynek hosszúság/átmérő aránya 20:1, és 3:1 kompresszióviszonyt alkalmazunk. Az extruder csigaházának mindegyik fűtőzónája 25 °C-kal magasabb hőmérsékletű, mint a PHB-0 olvadási hőmérséklete. Az extruder fúvókás sajtolószerszámmal van ellátva, amely 5 darab 500 mm átmérőjű nyílással rendelkezik. A sajtolószerszámot 20 °C-kal a PHB-O olvadási hőmérséklete felett tartjuk. A polimert az extruderban megolvasztjuk, és átszívatjuk az extruder másik végén lévő sajtolószerszámhoz. A csiga fordulatszáma állandó, 30 fordulat/perc. A polimert átnyomjuk a sajtolószerszámon, és a megolvadt extrudált szálakat olyan zónán vezetjük át, ahol gyors levegőáramot alkalmazunk úgy, hogy a polimer szálak megnyúlnak és elvékonyodnak a nyílások átmérőjének körülbelül 1/5-ére (körülbelül 100 mm). A szálakat karton alátéten fogjuk fel. Az alátétet oly módon mozgatjuk, hogy egy 10 χ 10 cm-es részt a szálak egyenletesen fedjenek be. A szálak összegyűjtését az alátéten folytatjuk, amíg körülbelül 0,5 cm vastag rajta a szál. A szálak hossza széles tartományban oszlik el, egészen többször 2,54 cm hosszúságig. A legtöbb (több mint 50%) szál 1,27-15,2 cm (0,5-6 inch) hosszúságú. Az alátétet ezután átvisszük egy „Carver Press”-re (Fred S. Carver Inc. Menomonee Falls, Wl), és 4500 kg (1000 pound) erővel préseljük 10 percig, 5 °C-kal a PHB-O olvadási hőmérséklete alatt. Az így kapott szövés nélküli lapot a présből eltávolítjuk.

24. példa

Komposztálható elasztomer

PHB-O (70:30) fóliákat készítünk úgy, hogy az anyagot teflonlemezek között, az olvadási hőmérsékletnél 20 °C-kal magasabb hőmérsékleten megolvasztjuk. A lemezekre nyomást gyakorolunk úgy, hogy körülbelül 0,5 mm vastag fóliákat készítsünk. A fóliákat ezután azonos módon lehűtjük szobahőmérsékletre úgy, hogy a fórmázószerszámokat nagy (5 kg) alumíniumtálcák közé tesszük, és a fóliákat hagyjuk szobahőmérsékletre lehűlni. A fóliákat 2 napig öregítjük, majd 10 cm hosszú és 1 cm széles csíkokra vágjuk. A csíkokat ezután „Instron Universal Testing Machine”-ba (Model 1122, Canton, MA) helyezzük, és 2,54 cm/perc sebességgel megnyújtjuk, amíg az eredeti hosszúságuk 300%-át elérik. A fóliákat megnyújtva hagyjuk 2 napig, ezalatt tovább kristályosodnak. A csíkokat ezután a készülékből kivesszük, és az ezt követő megfeszítés után az anyag visszatér előző (az Instronban való kezelés utáni) hosszára.

25. példa

Komposztálható ragasztó

ΡΗβ-O (50:50) kopolimert használhatunk mint „hot-melt” ragasztót a következőképpen. Körülbelül 1 g PHB-O (50:50) kopolimert két polimer fólia közé helyezünk, ami lehet poli(vinil-alkohol) (PVA), poli(3hidroxi-butirát) (PHB) vagy bármely más PHA, amelynek olvadási hőmérséklete legalább 10 °C-kal magasabb, mint a PHB-0 (50:50) anyagé. A két fólia/ragasztó együttest a „Carver Press”-be (Fred S. Carver Inc., Menomonee Falls, Wl) helyezzük, és a PHB-O (50:50) olvadási hőmérsékleténél 5 °C-kal magasabb hőmérsékleten préseljük. 30 percig 9000 kg (2000 pound) erőt fejtünk ki, majd nyomásmentesítünk, és az összeerősített fóliaegyüttest hagyjuk szobahőmérsékletre lehűlni.

Meg kell jegyeznünk, hogy a fent leírt példák és kiviteli módok csupán a találmány szemléltetésére szolgálnak, a szakember tudni fogja, hogy ezek figyelembevételével milyen különböző módosítások vagy változtatások végezhetők, és hogy ezeket a bejelentés szellemének és tárgyának és az igénypontok körének megfelelően csatoltuk.

Claims (12)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Biológiailag lebontható kopolimer, amely két, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaz, melyek közül az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete az (I) általános képletnek felel meg - a képletben R^l jelentése hidrogénatom vagy 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1 vagy 2 -; a második, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (II) általános képletnek felel meg - amely képletben, ha R¹ jelentése 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1, akkor R² jelentése 12-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport; ha R¹ jelentése 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 2, akkor R² jelentése 4-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport; ha R¹ jelentése hidrogénatom, és n értéke 1 vagy 2, akkor R² jelentése 4-19 szénatomos alkilvagy alkenilcsoport -; és a találomra ismétlődő monomer egységeknek legalább 50%-a az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezetével rendelkezik, és tartalmaz még egy vagy több találomra ismétlődő monomer egységet, melynek szerkezete a (III) általános képlet21

   HU 218 160 Β nek felel meg - a képletben R³ jelentése hidrogénatom vagy 1-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport, és m értéke 1 vagy 2 és a további, találomra ismétlődő monomer egység a fent megadott első és második monomer egységtől eltérő szerkezetű; azzal a megkötéssel, hogy n és m közül az egyik értéke 2.

   Elsőbbsége: 1994.01.28.
2. 2. Biológiailag lebontható kopolimer, amely három vagy több, találomra ismétlődő monomer egységet tartalmaz, melyek közül az első, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (I) általános képletnek felel meg - a képletben R¹ jelentése hidrogénatom vagy 1-2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1 vagy 2 -; a második, találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (II) általános képletnek felel meg, amely képletben R² jelentése 4-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport; a harmadik találomra ismétlődő monomer egység szerkezete a (III) általános képletnek felel meg - a képletben R³ jelentése hidrogénatom vagy 1-19 szénatomos alkil- vagy alkenilcsoport, és m értéke 1 vagy 2 -; a találomra ismétlődő monomer egységek 50%-a az első, találomra ismétlődő egység szerkezetével rendelkezik; és a harmadik, találomra ismétlődő monomer egység a fent megadott első és második monomer egységtől eltérő szerkezetű, azzal a megkötéssel, hogy n és m közül az egyik értéke 2.

   Elsőbbsége: 1994.01.28.
3. 3. Műanyag cikk, amely egy 1. vagy 2. igénypont szerinti biológiailag lebontható kopolimerből áll. Elsőbbsége: 1994.01.28.
4. 4. A 3. igénypont szerinti műanyag cikk, amely fólia, lap (lemez), szál, hab, sajtolt cikk, szövés nélküli anyag, elasztomer vagy ragasztó, előnyösen fólia. Elsőbbsége: 1994.01.28.
5. 5. A 4. igénypont szerinti műanyag cikk, amely olyan első monomer egységeket tartalmazó kopolimerből áll, ahol az (I) általános képletben R¹ jelentése 1 vagy 2 szénatomos alkilcsoport, és n értéke 1. Elsőbbsége: 1994.01.28.
6. 6. A 4. igénypont szerinti műanyag cikk, amely olyan első monomer egységeket tartalmazó kopolimerből áll, ahol az (I) általános képletben R¹ jelentése hidrogénatom, és n értéke 2.

   Elsőbbsége: 1994.01.28.
7. 7. Egy abszorbens cikk, amely

   a) egy folyadékáteresztő fedőlapot,

   b) egy folyadék-átnemeresztő hátlapot és

   c) egy, a fedőlap és a hátlap között elhelyezkedő abszorbens magot tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a b) folyadék-átnemeresztő hátlap egy 1. vagy 2. igénypont szerinti biológiailag lebontható kopolimerből áll.

   Elsőbbsége: 1994.01.28.
8. 8. A 7. igénypont szerinti abszorbens cikk, amely eldobható pelenka, egészségügyi betét vagy nadrágbélés formájú.

   Elsőbbsége: 1994.01.28.
9. 9. A 8. igénypont szerinti abszorbens cikk, amelyben az a) folyadékáteresztő fedőlap egy 1. vagy 2. igénypont szerinti biológiailag lebontható kopolimerből áll. Elsőbbsége: 1994.01.28.
10. 10. A 8. igénypont szerinti abszorbens cikk, amely még egy vagy több elasztikus elemet tartalmaz az eldobható pelenka kerülete mellett elhelyezve, ahol ez az elasztikus elem egy 1. vagy 2. igénypont szerinti biológiailag lebontható kopolimerből áll.

    Elsőbbsége: 1994.01.28.
11. 11. Zacskó, amely a 4. vagy 5. igénypont szerinti fólia alakú műanyag cikkből készült.

    Elsőbbsége: 1994. 09. 15.
12. 12. Csomagoló zsugorfólia, amely a 4. vagy 5. igénypont szerinti fólia alakú műanyag cikkből készült.