Beschreibungdescription
Kunststoff-Zusammensetzung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung, insbesondere als BarrieremediumPlastic composition, process for its production and its use, in particular as a barrier medium
Die vorliegende Erfindung betrifft Kunststoff-Zusammensetzungen, die unter anderem in einem Mehrschichtaufbau ausgezeichnete Eigenschaften gegenüber Gasen und organischen Flüssigkeiten, insbesondere Kraftstoffen, im Vergleich zu den heute am Markt erhältlichen Barrieremedien, aufweisen. DieThe present invention relates to plastic compositions which, inter alia in a multilayer structure, have excellent properties in relation to gases and organic liquids, in particular fuels, in comparison with the barrier media available on the market today. The
Zusammensetzungen enthalten mindestens einen weichmacherhaltigen Polyvinylalkohol und mindestens ein Polyethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymer sowie gegebenenfalls weitere Kunststoffe, Extrusionshilfsmittel, Trocknungsmittel und Antioxidantien, welche mit konventionellen Extrusionsmethoden zu Barrieremedien verarbeitet werden können.Compositions contain at least one plasticized polyvinyl alcohol and at least one polyethylene-maleic anhydride copolymer and, if appropriate, further plastics, extrusion aids, drying agents and antioxidants which can be processed into barrier media using conventional extrusion methods.
Bekannte Barrieremedien bestehen in der Regel aus einer Kombination von verschiedenen Kunststoffen, da ein Kunststoff allein den hohen technischen Anforderungen, die an Barrieremedien gestellt werden, nicht gerecht werden kann. Solche Anforderungen sind beispielsweise Bruchsicherheit, Transparenz, geringes Gewicht, leichte Verarbeitbarkeit, gute Bedruckbarkeit und Siegelfähigkeit. Für viele Anwendungen, sowohl im Lebensmittel- als auch im technischen Bereich, müssen die heutigen Barrieremedien eine große Sperrwirkung gegenüber Sauerstoff, Wasser, Kohlendioxid, Aroma- und Riechstoffen sowie organischen Flüssigkeiten aufweisen. Die heute am Markt erhältlichen Barriereverpackungen bestehen aus mindestens drei, meist jedoch sechs oder auch mehr, Schichten. Die dabei hauptsächlich als sogenannte Stützschichten eingesetzten Kunststoffe sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), orientiertes Polypropylen (OPP), Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC) und Polystyrol (PS). Die eigentlichen Barrierestoffe, bestehend aus Ethylen-Vinylalkohol (EVOH), Polyamid (PA) oder Polyvinylidenchlorid (PVDC), sind dabei in eine Art Sandwichstruktur eingebettet.Known barrier media generally consist of a combination of different plastics, since one plastic alone cannot meet the high technical requirements placed on barrier media. Such requirements are, for example, break resistance, transparency, low weight, easy processing, good printability and sealability. For many applications, both in the food and in the technical field, today's barrier media must have a great barrier effect against oxygen, water, carbon dioxide, aroma and fragrance substances as well as organic liquids. The barrier packaging available on the market today consists of at least three, but usually six or more, layers. The plastics used mainly as so-called support layers are polyethylene (PE), polypropylene (PP), oriented polypropylene (OPP), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC) and polystyrene (PS). The actual barrier materials, consisting of ethylene vinyl alcohol (EVOH), polyamide (PA) or polyvinylidene chloride (PVDC), are embedded in a kind of sandwich structure.
BESTATIGUNGSKOPIE
Die Barrieremedien können dabei nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren, wie zum Beispiel durch Co-Extrusion, Kaschieren, Lackieren und Beschichten sowie durch Laminar-Technologie, hergestellt werden.BESTATIGUNGSKOPIE The barrier media can be produced by all methods known to the person skilled in the art, such as, for example, by co-extrusion, laminating, painting and coating, and by laminar technology.
Bei der Co-Extrusion erfolgt die Herstellung dadurch, dass mindestens zwei Kunststoffschmelzen mittels Haftvermittlern miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden beispielsweise auch Sandwichstrukturen hergestellt, die als Barriereschicht Polyamid (PA) oder Ethylen-Vinylalkohol (EVOH) aufweisen, die zwischen Stützschichten aus Polyethylen (PE) bzw. Polypropylen (PP) eingeschlossen ist. Solche Barrieremedien finden beispielsweise Anwendung als Menüschalen, Fußbodenheizungsrohre, Pflanzenschutzbehälter sowie Kraftstofftanks. Die Herstellung von EVOH ist jedoch aufwendig und teuer. Nachteilig ist außerdem, dass der Einsatz von Haftvermittlern notwendig ist, um die einzelnen Schichten miteinander zu verbinden.In co-extrusion, production takes place in that at least two plastic melts are bonded to one another by means of adhesion promoters. In this way, sandwich structures are also produced, for example, which have polyamide (PA) or ethylene-vinyl alcohol (EVOH) as a barrier layer, which is enclosed between support layers made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Such barrier media are used, for example, as menu trays, underfloor heating pipes, crop protection containers and fuel tanks. However, the production of EVOH is complex and expensive. Another disadvantage is that the use of adhesion promoters is necessary to bond the individual layers together.
Beim Kaschieren werden die Kunststoff-Folien unter Verwendung eines geeigneten Klebers miteinander verbunden. Beim Lackieren und Beschichten werden die Folien insbesondere mit PVDC lackiert oder beschichtet. PVDC hat jedoch den Nachteil, dass es thermisch empfindlich ist, Chlor enthält und schlecht recyclierbar ist.When laminating, the plastic foils are connected to one another using a suitable adhesive. When painting and coating, the foils are coated or coated in particular with PVDC. However, PVDC has the disadvantage that it is thermally sensitive, contains chlorine and is difficult to recycle.
Bei der Laminar-Technologie wird das Barrierematerial PA während der Extrusion in PE eingearbeitet, so dass überlappende Lamellen entstehen. Auch hier ist der Einsatz eines Haftvermittlers nötig. Die eigentliche Barrierewirkung beruht auf der durch das PA hervorgerufenen Lamellenstruktur in der PE-Matrix, bei der die Gase einen größeren Diffusionsweg durch die Barriereschicht zurücklegen müssen, als bei einem Material ohne Lamellenstruktur, letztlich aber doch durch das Barrieremedium diffundieren.With the laminar technology, the barrier material PA is incorporated into PE during the extrusion, so that overlapping lamellae are created. The use of an adhesion promoter is also necessary here. The actual barrier effect is based on the lamellar structure in the PE matrix caused by the PA, in which the gases have to cover a greater diffusion path through the barrier layer than in the case of a material without a lamellar structure, but ultimately diffuse through the barrier medium.
Auch können Barrieremedien durch Bedampfen mit Aluminium oder SiOx hergestellt werden. Dabei wird das Aluminium oder SiOx im Hochvakuum auf eine geeignete Trägerfolie aufgedampft. So werden beispielsweise Kaffeeverpackungen durch Bedampfen einer PET-Folie mit Aluminium und
anschließende Beschichtung mit PE hergestellt. Nachteilig bei der Herstellung durch Bedampfen mit Aluminium ist, dass einerseits durch mechanische Belastung leicht Risse entstehen können, die die Barrierewirkung herabsetzen und andererseits die Transparenz verloren geht. Darüber hinaus ist das Verfahren allgemein sehr aufwendig und teuer.Barrier media can also be produced by vapor deposition with aluminum or SiO x . The aluminum or SiO x is evaporated on a suitable carrier film in a high vacuum. For example, coffee packaging is made by steaming a PET film with aluminum and subsequent coating with PE. A disadvantage of the production by vapor deposition with aluminum is that cracks can easily occur due to mechanical stress, which reduce the barrier effect and on the other hand the transparency is lost. In addition, the process is generally very complex and expensive.
Ferner können Barrieremedien auch durch Fluorierung sowie Sulfonierung hergestellt werden. Hierbei werden beispielsweise Blasformkörper mit Fluor bzw. H2S03 aufgeblasen. Dabei kommt es zu einer Reaktion des Gases mit der Oberfläche des Kunststoffes, wobei die Barriereschicht entsteht. Die Sperrschicht befindet sich somit auf der dem Inhaltsstoff zugewandten Seite. Nachteilig wirken sich bei den auf diese Weise hergestellten Barrieremedien feinste Risse, hervorgerufen durch Belastung, bezüglich der Barrierewirkung aus. Darüber hinaus ist bei diesen Herstellungsverfahren ein großer sicherheitstechnischer Aufwand notwendig.Barrier media can also be produced by fluorination and sulfonation. For example, blow molded articles are inflated with fluorine or H 2 S0 3 . This causes the gas to react with the surface of the plastic, creating the barrier layer. The barrier layer is thus on the side facing the ingredient. With the barrier media produced in this way, the finest cracks, caused by stress, have a disadvantageous effect on the barrier effect. In addition, this manufacturing process requires a great deal of safety.
Unabhängig vom Herstellungsverfahren hängt die Barrierewirkung darüber hinaus stark von den Umgebungsbedingungen, wie z.B. Temperatur, Druck und/oder Feuchte, ab.Regardless of the manufacturing process, the barrier effect also depends heavily on the environmental conditions, e.g. Temperature, pressure and / or humidity.
Die oben beschriebenen Verfahren zur Formulierung und Herstellung von Barrieremedien sind Gegenstand einer Vielzahl von Patenten bzw. Patentanmeldungen.The above-described processes for formulating and producing barrier media are the subject of a large number of patents and patent applications.
So wird zum Beispiel in der EP-A-0 015 556 ein Verfahren zur Herstellung eines lamellenförmig aufgebauten Materials aus einem Gemisch, das ein Polyolefin, ein zweites Polymeres, das mit dem Polyolefin unverträglich ist, ausgewählt aus der Gruppe von Polyamiden und Polyestern, und ein alkylcarboxyl-substituiertes Polyolefin enthält, offenbart.For example, EP-A-0 015 556 describes a process for producing a laminate material from a mixture which is a polyolefin, a second polymer which is incompatible with the polyolefin, selected from the group of polyamides and polyesters, and contains an alkyl carboxyl substituted polyolefin.
Eine Formulierung bestehend aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren mit kristallinem Nylon sowie lonomeren und optional einsetzbarem amorphen Nylon wird in der WO 97/09380 beschrieben. Bei dem lonomer handelt es sich um
Copolymere aus Ethylen und Carbonsäure, welche anschließend mit Metallionen neutralisiert werden.A formulation consisting of ethylene-vinyl alcohol copolymers with crystalline nylon and ionomeric and optionally usable amorphous nylon is described in WO 97/09380. The ionomer is Copolymers of ethylene and carboxylic acid, which are then neutralized with metal ions.
In der US-A-5 939 158 wird ein in Laminar-Struktur aufgebautes Polymeres beschrieben, welches aus den Materialien Polyolefin, Nylon, Polyvinylalkohol und einem Compatibilizer, welcher eine Mischung aus zwei unterschiedlichen alkylcarboxylsubstituierten Polyolefinen oder einer geringen Menge eines maleinsäureanhydridmodifizierten Polyolefins sein kann, besteht.US Pat. No. 5,939,158 describes a polymer built up in a laminar structure, which consists of the materials polyolefin, nylon, polyvinyl alcohol and a compatibilizer, which can be a mixture of two different alkyl carboxyl-substituted polyolefins or a small amount of a maleic anhydride-modified polyolefin, consists.
In der WO 90/12061 wird eine Formulierung bestehend aus Polyolefin und intern plastifiziertem Polyvinylalkohol beschrieben. Die Herstellung der Formulierung erfolgt durch Mischen des Polyolefins mit dem intern plastifizierten Polyvinylalkohol im geschmolzenen Zustand unter Verwendung eines Berstoff-Mischers, der mit einer Flachfilmdüse ausgestattet ist. Bei dem intern plastifizierten Polyvinylalkohol handelt es sich um ein Copolymer aus Vinylalkohol und einem Ester der Methacrylsäure und Polyethylenglykol. Der eingesetzte Polyvinylalkohol ist teilverseift, mit einem Hydrolysegrad von 88%, und weist eine Viskosität von 4 mPas auf. Der optional mit 1 bis 15 Gew.-% einzusetzende Weichmacher ist Glycerin.WO 90/12061 describes a formulation consisting of polyolefin and internally plasticized polyvinyl alcohol. The formulation is prepared by mixing the polyolefin with the internally plasticized polyvinyl alcohol in the molten state using a material mixer equipped with a flat film nozzle. The internally plasticized polyvinyl alcohol is a copolymer of vinyl alcohol and an ester of methacrylic acid and polyethylene glycol. The polyvinyl alcohol used is partially saponified, with a degree of hydrolysis of 88%, and has a viscosity of 4 mPas. The plasticizer to be used optionally with 1 to 15% by weight is glycerol.
In der WO 99/54400 wird eine Formulierung bestehend aus Polyolefin und Polyvinylalkohol offenbart. Basierend auf 100 Gew.-% Polyolefin sind 3 bis 40 Gew.-% eines hochmolekularen Compatibilizers (acrylhaltiges Copolymer) und/oder 0,1 bis 5 Gew.-% eines niedermolekularen Compatibilizers (Maleinsäureanhydrid) sowie 0,01 bis 0,5 Gew.-% eines Initiators (Peroxidverbindung) enthalten. Bezogen auf 100 Gew.-% Polyvinylalkohol enthält die Formulierung 3 bis 50 Gew.-% Weichmacher (Glycerin/Wasser), 1 bis 10 Gew.-% Extrusionshilfsmittel und 0,01 bis 5 Gew.-% Antioxidant. Die Herstellung der Formulierung erfolgt indem zuerst ein Weichmacher, das Extrusionshilfsmittel und das Antioxidant zu dem Polyvinylalkohol gemischt und anschließend in einem Mischer bei mehr als 100 Umdrehungen/Minute mindestens 5 Minuten homogenisiert wird. Diese Polyvinylalkohol- Zusammensetzung wird für mehr als 3 Stunden bei 80 bis 120°C getrocknet. In der Zwischenzeit werden der hochmolekulare und der niedermolekulare Compatibilizer
sowie der Initiator zu einem Polyolefin in den Mischer gegeben und ebenfalls unter den gleichen Bedingungen wie bei der Polyvinylalkoholblend-Herstellung gemischt. Die beiden so hergestellten Polyvinylalkohol- und Polyolefinblends, werden zusammen in dem oben erwähnten Mischer erneut gemischt, mit Hilfe eines Doppelschneckenextruders extrudiert und anschließend granuliert. Aufgrund der Unverträglichkeit von Polyethylen und Polyvinylalkohol kommt es, auch bedingt durch die separate Zugabe des Compatibilizers, zu einer Ausbildung von heterogenen Bereichen, die sich nachteilig auf die Barriereeigenschaften auswirken. Somit wird auch hier die exzellente Barrierewirkung von Polyvinylalkohol gegenüber Gasen und organischen Flüssigkeiten nicht voll ausgenutzt. Darüber hinaus ist das Herstellungsverfahren unter anderem bedingt durch die Vielzahl der Mischvorgänge sehr aufwendig.WO 99/54400 discloses a formulation consisting of polyolefin and polyvinyl alcohol. Based on 100% by weight of polyolefin are 3 to 40% by weight of a high molecular weight compatibilizer (acrylic-containing copolymer) and / or 0.1 to 5% by weight of a low molecular weight compatibilizer (maleic anhydride) and 0.01 to 0.5% by weight .-% contain an initiator (peroxide compound). Based on 100% by weight of polyvinyl alcohol, the formulation contains 3 to 50% by weight of plasticizer (glycerol / water), 1 to 10% by weight of extrusion aid and 0.01 to 5% by weight of antioxidant. The formulation is prepared by first mixing a plasticizer, the extrusion aid and the antioxidant to the polyvinyl alcohol and then homogenizing in a mixer at more than 100 revolutions / minute for at least 5 minutes. This polyvinyl alcohol composition is dried at 80 to 120 ° C for more than 3 hours. In the meantime, the high molecular and low molecular compatibilizers and the initiator to a polyolefin in the mixer and also mixed under the same conditions as in the polyvinyl alcohol blend production. The two polyvinyl alcohol and polyolefin blends thus produced are mixed together again in the mixer mentioned above, extruded using a twin-screw extruder and then granulated. Due to the incompatibility of polyethylene and polyvinyl alcohol, heterogeneous areas are formed, also due to the separate addition of the compatibilizer, which adversely affect the barrier properties. Thus, the excellent barrier effect of polyvinyl alcohol against gases and organic liquids is not fully exploited here. In addition, the manufacturing process is very complex, inter alia due to the large number of mixing processes.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Material, insbesondere zur Verwendung alsBased on the prior art mentioned, it was an object of the present invention to provide a material, in particular for use as
Barrieremedium, bereitzustellen, das die Barrierewirkung möglichst vollständig ausnutzt und zudem noch einfach herzustellen ist.Barrier medium to provide that fully exploits the barrier effect and is also easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kunststoff-Zusammensetzung, die 30 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 80 Gew.-%, eines weichmacherhaltigenThis object is achieved by a plastic composition which contains 30 to 99% by weight, preferably 50 to 80% by weight, of a plasticizer
Polyvinylalkohols und 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%, eines Polyolefin-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren enthält.Polyvinyl alcohol and 1 to 70 wt .-%, preferably 20 to 50 wt .-%, of a polyolefin-maleic anhydride copolymer.
Als Polyolefine sind Polyethylen und Polypropylen bevorzugt, wobei Polyethylen besonders bevorzugt ist.Polyethylene and polypropylene are preferred as polyolefins, with polyethylene being particularly preferred.
Der Anteil an Maleinsäureanhydrid im Polyolefin-Maleinsäureanhydrid (MSA) - Copolymeren beträgt 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-%. Entsprechend liegt der Anteil an Polyolefin im Copolymeren im Bereich von 80 bis 99,9 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 90 bis 99,9 Gew.-%.
Die besonders bevorzugt eingesetzten Polyethylen(PE)-Maleinsäureanhydrid- (MSA)-Copolymeren weisen dabei Schmelzindizes auf, die vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 10 g/10 Minuten liegen.The proportion of maleic anhydride in the polyolefin-maleic anhydride (MA) copolymers is 0.1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight. The proportion of polyolefin in the copolymer is accordingly in the range from 80 to 99.9% by weight, preferably in the range from 90 to 99.9% by weight. The particularly preferred polyethylene (PE) -maleic anhydride (MSA) copolymers have melt indexes which are preferably in the range from 0.3 to 10 g / 10 minutes.
Als Polyvinylalkohol können alle vollständig oder teilweise hydrolysierten Polymere des Vinylacetats eingesetzt werden. Bevorzugt werden jedoch vollständig verseifte Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von mindestens 98 Mol-%, besonders bevorzugt mindestens 99 Mol-%, eingesetzt. Die 4 gew.-%ige wässrige Lösung des Polyvinylalkohols weist dabei vorzugsweise eine Viskosität von 3 bis 50 mPas, besonders bevorzugt von 10 bis 30 mPas, auf (gemessen nach Höppler bei 20°C).All fully or partially hydrolyzed polymers of vinyl acetate can be used as polyvinyl alcohol. However, it is preferred to use completely saponified polyvinyl alcohols with a degree of hydrolysis of at least 98 mol%, particularly preferably at least 99 mol%. The 4% by weight aqueous solution of the polyvinyl alcohol preferably has a viscosity of 3 to 50 mPas, particularly preferably 10 to 30 mPas (measured according to Höppler at 20 ° C.).
Als Weichmacher können alle mit Polyvinylalkohol verträglichen und für dessen Plastifizierung geeigneten und bekannten Weichmacher oder Weichmachergemische verwendet werden. Bevorzugte Weichmacher sind hydroxylgruppenhaltige organische Substanzen, wie zum Beispiel Glykole, mehrwertige Alkohole mit 1 bis 10 C-Atomen, Trimethylolpropan, Neopentylglykol und Fettsäuremonoglyceride. Der Anteil an Weichmacher im plastifizierten Polyvinylalkohol liegt vorzugsweise im Bereich 5 bis 50 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 Gew.-%. Auch ist eine interne Plastifizierung des Polyvinylalkohols möglich.All plasticizers or plasticizer mixtures which are compatible with polyvinyl alcohol and are suitable and known for plasticizing them can be used as plasticizers. Preferred plasticizers are organic substances containing hydroxyl groups, such as, for example, glycols, polyhydric alcohols having 1 to 10 carbon atoms, trimethylolpropane, neopentyl glycol and fatty acid monoglycerides. The proportion of plasticizer in the plasticized polyvinyl alcohol is preferably in the range from 5 to 50% by weight and particularly preferably in the range from 10 to 20% by weight. Internal plasticization of the polyvinyl alcohol is also possible.
Darüber hinaus können in dem weichmacherhaltigen Polyvinylalkohol noch weitere Additive enthalten sein. Als Additive können vorzugsweise Kieselsäure, thermoplastische Kunstharze sowohl flüssig als auch pulverförmig, z.B. als Dispersion oder Dispersionspulver, besonders bevorzugt Homo- oder Copolymerisate des Vinylacetats, wobei als comonomere Komponenten Maleinsäureester, Acrylsäureester sowie langkettige und/oder verzweigte Carbonsäureester geeignet sind, wachsähnliche Stoffe, Fettsäureester sowie deren Derivate, und/oder handelsübliche Oxidationsstabilisatoren verwendet werden.The plasticizer-containing polyvinyl alcohol may also contain other additives. Additives which can preferably be silica, thermoplastic resins, both liquid and powder, e.g. as a dispersion or dispersion powder, particularly preferably homo- or copolymers of vinyl acetate, maleic esters, acrylic esters and long-chain and / or branched carboxylic esters being suitable as comonomer components, wax-like substances, fatty acid esters and their derivatives, and / or commercially available oxidation stabilizers.
Ein besonders bevorzugter weichmacherhaltiger Polyvinylalkohol weist dabei folgende Zusammensetzung auf:
50 bis 99 Gew.-% Polyvinylalkohol, 5 bis 25 Gew.-% Giycerin, 2 bis 8 Gew.-% Wasser, 0 bis 10 Gew.-% Stearinsäure, 0 bis 5 Gew.-% Aerosil und 0 bis 4 Gew.-% Polyvinylacetat.A particularly preferred plasticizer-containing polyvinyl alcohol has the following composition: 50 to 99% by weight polyvinyl alcohol, 5 to 25% by weight glycerin, 2 to 8% by weight water, 0 to 10% by weight stearic acid, 0 to 5% by weight Aerosil and 0 to 4% by weight. -% polyvinyl acetate.
In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung noch bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt-Zusammensetzung an Polyolefinen, vorzugsweise Polyethylen oder Polypropylen und besonders bevorzugt Polyethylen, enthalten.In a further embodiment, the composition according to the invention can also contain up to 50% by weight, preferably up to 5% by weight, based on the total composition of polyolefins, preferably polyethylene or polypropylene and particularly preferably polyethylene.
Bevorzugt ist jedoch eine Kunststoff-Zusammensetzung, die im wesentlichen aus dem weichmacherhaltigen Polyvinylalkohol und dem Polyolefin- Maleinsäureanhydrid-Copolymeren besteht.However, a plastic composition is preferred which essentially consists of the plasticized polyvinyl alcohol and the polyolefin-maleic anhydride copolymer.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung dieser Zusammensetzung. Hierzu wird zunächst der Polyvinylalkohol plastifiziert, anschließend dieser weichermacherhaltige Polyvinylalkohol mit dem Polyolefin- Maleinsäureanhydrid-Copolymer gegebenenfalls vermischt und mit Hilfe eines Extruders compoundiert und granuliert. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren für das besonders bevorzugt einzusetzende Polyethylen- Maleinsäureanhydrid-Copolymer ausführlich beschrieben.The invention also relates to a method for producing this composition. For this purpose, the polyvinyl alcohol is first plasticized, then this softener-containing polyvinyl alcohol is optionally mixed with the polyolefin-maleic anhydride copolymer and compounded and granulated using an extruder. The process according to the invention for the polyethylene-maleic anhydride copolymer to be used with particular preference is described in detail below.
Vorzugsweise wird der weichermacherhaltige Polyvinylalkohol und das Polyethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymer in Granulatform eingesetzt.The plasticizer-containing polyvinyl alcohol and the polyethylene-maleic anhydride copolymer are preferably used in granular form.
Die beiden Komponenten werden gegebenenfalls miteinander vermischt und in einem Extruder bei Massetemperaturen von 170 bis 240°C, vorzugsweise 210 bis 230°C, compoundiert und anschließend granuliert.The two components are optionally mixed with one another and compounded in an extruder at melt temperatures of 170 to 240 ° C., preferably 210 to 230 ° C., and then granulated.
Das Granulat zeichnet sich durch gute Verarbeitbarkeit mit verschiedenen unpolaren Kunststoffen, wie z.B. Polyethylen, aus. Aufgrund dieser guten
Eigenschaften kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.The granulate is characterized by good processability with various non-polar plastics, such as polyethylene. Because of this good Properties, the composition according to the invention can be used in a large number of applications.
Das erhaltene Granulat kann deshalb zusammen mit anderen Kunststoffen nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren, vorzugsweise durch Extrusion und besonders bevorzugt durch Co-Extrusion, zu einem Formkörper verarbeitet werden.The granules obtained can therefore be processed together with other plastics to form a shaped body by all processes known to the person skilled in the art, preferably by extrusion and particularly preferably by co-extrusion.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist somit auch ein Formkörper, enthaltend die erfindungsgemäße Kunststoff-Zusammensetzung. Vorzugsweise enthält der Formkörper dabei mindestens eine Schicht, die im wesentlichen aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung besteht.The subject of the present application is therefore also a molded article containing the plastic composition according to the invention. The shaped body preferably contains at least one layer which essentially consists of the composition according to the invention.
Ein solcher Formkörper zeichnet sich unter anderem durch gute Barriereeigenschaften gegenüber Gasen und organischen Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Kraftstoffen, sowie durch seine gute Verarbeitbarkeit aus.Such a shaped body is distinguished, inter alia, by good barrier properties against gases and organic liquids, such as fuels, and also by its good processability.
Der erfindungsgemäße Formkörper kann als Barrieremedium in einer Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel in Ein- bzw. Mehrschichtaufbauten im Verpackungsbereich, eingesetzt werden. Bevorzugt wird der Formkörper zur Herstellung von Kraftstoffbehältern eingesetzt.The molded body according to the invention can be used as a barrier medium in a large number of applications, for example in single-layer or multilayer structures in the packaging sector. The molded body is preferably used for the production of fuel tanks.
Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Formkörpers als Barrieremedium in Mehrschichtaufbauten können gegenüber herkömmlichen Barrieremedien (EVOH, PA) bis zu zwei Schichten eingespart werden, da die erfindungsgemäße Zusammensetzung selbst eine ausreichende Haftung gegenüber dem Trägermaterial aufweist und somit kein Haftvermittler mehr benötigt wird.When using the shaped body according to the invention as a barrier medium in multilayer structures, up to two layers can be saved compared to conventional barrier media (EVOH, PA), since the composition according to the invention itself has sufficient adhesion to the carrier material and therefore no adhesion promoter is required.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ohne dadurch jedoch in irgendeiner Weise eingeschränkt zu werden.
Beispiel 1The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments, but without being restricted in any way thereby. example 1
a) Herstellung des weichmacherhaltigen Polyvinylalkoholsa) Preparation of the plasticized polyvinyl alcohol
Es werden 1000 Gewichtsteile (GT) Polyvinylalkohol, 25 GT ®Mowilith Pulver DS, 2,5 GT Stearinsäure, 175 GT Glycerin, 50 GT Wasser und 6 GT ®Aerosil R 972 eingesetzt. Der dabei verwendete Polyvinylalkohol ist zu 98 Mol-% verseift. Eine 4 %ige wässrige Lösung besitzt bei 20°C eine Viskosität von 10 mPas. Die Plastifizierung erfolgt in einem Papenmeier Mischer mit heiz- und kühlbarer Doppelwand und einem Spezialrührer-System. Die Umdrehungszahl ist stufenlos einstellbar.1000 parts by weight (GT) of polyvinyl alcohol, 25 GT ® Mowilith powder DS, 2.5 GT stearic acid, 175 GT glycerol, 50 GT water and 6 GT ® Aerosil R 972 are used. The polyvinyl alcohol used is saponified to 98 mol%. A 4% aqueous solution has a viscosity of 10 mPas at 20 ° C. The plastification takes place in a Papenmeier mixer with heatable and coolable double wall and a special stirrer system. The number of revolutions is continuously adjustable.
b) Herstellung der Kunststoff-Zusammensetzungb) Production of the plastic composition
75 GT des weichmacherhaltigen Polyvinylalkohols aus Beispiel 1a werden mit 24,7 GT PE-MSA-Copolymer (Schmelzindex bei 190°C und 2,16 kg von 0,5 g/10 Minuten) und 0,3 GT eines Oxidationsstabilisators (®Hostanox 03) gemischt und in einem Doppelschneckenextruder compoundiert. Die Verarbeitungstemperaturen im Extruder betragen 170 bis 200°C. Der so erhaltene Strang wird mit einem handelsüblichen Granulierer zu Granulat verarbeitet.75 GT of the plasticised polyvinyl alcohol from Example 1a 24.7 GT PE-maleic anhydride copolymer (melt index at 190 ° C and 2.16 kg of 0.5 g / 10 minutes) and 0.3 pbw of an antioxidant (® Hostanox 03 ) mixed and compounded in a twin screw extruder. The processing temperatures in the extruder are 170 to 200 ° C. The strand thus obtained is processed into granules using a commercially available granulator.
c) Herstellung der Foliec) Production of the film
Das in Beispiel 1b erhaltene Granulat wird in einer Schwabenthan Presse zu einerThe granules obtained in Example 1b become one in a Schwabenthan press
Folie verarbeitet.Foil processed.
Die Folie besitzt folgende Barriereeigenschaften:The film has the following barrier properties:
Sauerstoffdurchlässigkeit bei 23°C/50 % rel. Feuchte: 0,46 [cm3 x mm]/ [m2 x d x bar] Kraftstoffdurchlässigkeit nach CEC legislative fuel RF-08-A-85 beiOxygen permeability at 23 ° C / 50% rel. Humidity: 0.46 [cm 3 x mm] / [m 2 xdx bar] fuel permeability according to CEC legislative fuel RF-08-A-85 at
40°C in Kontakt mit dem flüssigen Kraftstoff: < 0,0006 [g x mm]/[m2 x d]40 ° C in contact with the liquid fuel: <0.0006 [gx mm] / [m 2 xd]
Beispiel 2Example 2
a) Herstellung des weichmacherhaltigen Polyvinylalkoholsa) Preparation of the plasticized polyvinyl alcohol
Es werden 1000 Gewichtsteile (GT) Polyvinylalkohol, 25 GT ®Mowilith Pulver
DM 117 P, 2,5 GT Stearinsäure, 180 GT Glycerin, 50 GT Wasser und 6 GT ®Aerosil R 972 eingesetzt. Der dabei verwendete Polyvinylalkohol ist zu 99 Mol-% verseift. Eine 4%ige wässrige Lösung besitzt bei 20°C eine Viskosität von 15 mPas. Die Plastifizierung erfolgt in einem Papenmeier Mischer mit heiz- und kühlbarer Doppelwand und einem Spezialrührer-System. Die Umdrehungszahl ist stufenlos einstellbar.There are 1000 parts by weight (GT) of polyvinyl alcohol, 25 GT ® Mowilith powder DM 117 P, 2.5 GT stearic acid, 180 GT glycerol, 50 GT water and 6 GT ® Aerosil R 972 were used. The polyvinyl alcohol used is saponified to 99 mol%. A 4% aqueous solution has a viscosity of 15 mPas at 20 ° C. The plastification takes place in a Papenmeier mixer with heatable and coolable double wall and a special stirrer system. The number of revolutions is continuously adjustable.
b) Herstellung der Kunststoff-Zusammensetzung 75 GT des weichmacherhaltigen Polyvinylalkohols aus Beispiel 2a werden mit 24,7 GT PE-MSA-Copolymer (Schmelzindex bei 190°C und 2,16 kg von 4,1 g/10 Minuten) und 0,3 GT eines Oxidationsstabilisators (®Hostanox 03) gemischt und in einem Doppelschneckenextruder compoundiert. Die Verarbeitungstemperaturen im Extruder betragen 210 bis 220°C. Der so erhaltene Strang wird mit einem handelsüblichen Granulierer zu Granulat verarbeitet.b) Production of the plastic composition 75 pbw of the plasticized polyvinyl alcohol from example 2a are made with 24.7 pbw of PE-MSA copolymer (melt index at 190 ° C. and 2.16 kg of 4.1 g / 10 minutes) and 0.3 GT of an oxidation stabilizer ( ® Hostanox 03) mixed and compounded in a twin screw extruder. The processing temperatures in the extruder are 210 to 220 ° C. The strand thus obtained is processed into granules using a commercially available granulator.
c) Herstellung der Foliec) Production of the film
Das in Beispiel 2b erhaltene Granulat wird mit einem Göttfert Blasfolienextruder, Buchen/Odenwald zu einer Folie verarbeitet. Der Zylinderdurchmesser des Extrusiometers beträgt 30 mm, seine Länge 25 D. Das Kompressionsverhältnis der kernprogressiven Dreizonenschnecke ohne Mischteil und zusätzliche Kompressionselemente beträgt 1 :2,5. Der Blaskopfdurchmesser liegt bei 30 mm, die Spaltbreite bei 0,6 mm. Die Verarbeitungstemperaturen liegen zwischen 200 und 220°C. Die Folie besitzt folgende Barriereeigenschaften:The granules obtained in Example 2b are processed into a film using a Göttfert blown film extruder, Buchen / Odenwald. The cylinder diameter of the extrusiometer is 30 mm, its length 25 D. The compression ratio of the core-progressive three-zone screw without mixing part and additional compression elements is 1: 2.5. The die head diameter is 30 mm, the gap width is 0.6 mm. The processing temperatures are between 200 and 220 ° C. The film has the following barrier properties:
Kraftstoffdurchlässigkeit nach CEC legislative fuel RF-08-A-85 bei 40°C in Kontakt mit dem flüssigen Kraftstoff: < 0,00025 [g x mm] / [m2 x d]Fuel permeability according to CEC legislative fuel RF-08-A-85 at 40 ° C in contact with the liquid fuel: <0.00025 [gx mm] / [m 2 xd]
Beispiel 3Example 3
a) Herstellung des weichmacherhaltigen Polyvinylalkoholsa) Preparation of the plasticized polyvinyl alcohol
Es werden 1000 Gewichtsteile (GT) Polyvinylalkohol, 25 GT ®Mowilith Pulver
DM 117 P, 2,5 GT Stearinsäure, 180 GT Glycerin, 50 GT Wasser und 6 GT ®Aerosil R 972 eingesetzt. Der dabei verwendete Polyvinylalkohol ist zu 99 Mol-% verseift. Eine 4%ige wässrige Lösung besitzt bei 20°C eine Viskosität von 15 mPas. Die Plastifizierung erfolgt in einem Papenmeier Mischer mit heiz- und kühlbarer Doppelwand und einem Spezialrührer-System. Die Umdrehungszahl ist stufenlos einstellbar.There are 1000 parts by weight (GT) of polyvinyl alcohol, 25 GT ® Mowilith powder DM 117 P, 2.5 GT stearic acid, 180 GT glycerol, 50 GT water and 6 GT ® Aerosil R 972 were used. The polyvinyl alcohol used is saponified to 99 mol%. A 4% aqueous solution has a viscosity of 15 mPas at 20 ° C. The plastification takes place in a Papenmeier mixer with heatable and coolable double wall and a special stirrer system. The number of revolutions is continuously adjustable.
b) Herstellung der Kunststoff-Zusammensetzung 75 GT des weichmacherhaltigen Polyvinylalkohols aus Beispiel 3a werden mit 24,7 GT PE-MSA-Copolymer (Schmelzindex bei 190°C und 2,16 kg von 1 ,3 g/10 Minuten) und 0,3 GT eines Oxidationsstabilisators (®Hostanox 03) gemischt und in einem Doppelschneckenextruder compoundiert. Die Verarbeitungstemperaturen im Extruder betragen 210 bis 220°C. Der so erhaltene Strang wird mit einem handelsüblichen Granulierer zu Granulat verarbeitet.b) Production of the plastic composition 75 pbw of the plasticized polyvinyl alcohol from example 3a using 24.7 pbw of PE-MSA copolymer (melt index at 190 ° C. and 2.16 kg of 1.3 g / 10 minutes) and 0.3 GT of an oxidation stabilizer ( ® Hostanox 03) mixed and compounded in a twin screw extruder. The processing temperatures in the extruder are 210 to 220 ° C. The strand thus obtained is processed into granules using a commercially available granulator.
c) Herstellung der Foliec) Production of the film
Das in Beispiel 3b erhaltene Granulat wird analog Beispiel 2c mit einem Göttfert Blasfolienextruder zu einer Folie verarbeitet. Die Folie besitzt folgende Barriereeigenschaften:The granules obtained in Example 3b are processed into a film in the same way as in Example 2c using a Göttfert blown film extruder. The film has the following barrier properties:
Sauerstoffdurchlässigkeit bei 23°C/50 % rel. Feuchte: 0,55 [cm3 x mm] / [m2 x d x bar] Kraftstoffdurchlässigkeit nach CEC legislative fuel RF-08-A-85 bei 40°C in Kontakt mit dem flüssigen Kraftstoff: < 0,00002 [g x mm] / [m2 x d]Oxygen permeability at 23 ° C / 50% rel. Humidity: 0.55 [cm 3 x mm] / [m 2 xdx bar] Fuel permeability according to CEC legislative fuel RF-08-A-85 at 40 ° C in contact with the liquid fuel: <0.00002 [gx mm] / [m 2 xd]
VergleichsbeispielComparative example
Analog Beispiel 1c wird aus Ethylen-Vinylalkohol (EVOH)-Copolymer mit einer Schwabenthan Presse eine Folie hergestellt. Die Folie besitzt folgende Barriereeigenschaften: Sauerstoffdurchlässigkeit bei 23°C/50 % rel. Feuchte: 0,003 [cm3 x mm] / [m2 x d x bar] Kraftstoffdurchlässigkeit nach CEC legislative fuel RF-08-A-85 bei 40°C in Kontakt mit dem flüssigen Kraftstoff: < 0,0006 [g x mm] / [m2 x d]
Analogously to Example 1c, a film is produced from ethylene-vinyl alcohol (EVOH) copolymer using a Schwabenthan press. The film has the following barrier properties: Oxygen permeability at 23 ° C / 50% rel. Humidity: 0.003 [cm 3 x mm] / [m 2 xdx bar] Fuel permeability according to CEC legislative fuel RF-08-A-85 at 40 ° C in contact with the liquid fuel: <0.0006 [gx mm] / [m 2 xd]