WO2013124249A1 - Method for producing blends of polyhydroxyalkanoates (pha) and thermoplastic polyurethanes (tpu) - Google Patents

Method for producing blends of polyhydroxyalkanoates (pha) and thermoplastic polyurethanes (tpu) Download PDF

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WO2013124249A1
WO2013124249A1 PCT/EP2013/053222 EP2013053222W WO2013124249A1 WO 2013124249 A1 WO2013124249 A1 WO 2013124249A1 EP 2013053222 W EP2013053222 W EP 2013053222W WO 2013124249 A1 WO2013124249 A1 WO 2013124249A1
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WO
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pha
tpu
polyhydroxyalkanoate
diisocyanate
blend
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PCT/EP2013/053222
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Klaus Hilmer
Kai BRÜNING
Rajan Hollmann
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Basf Se
Basf Schweiz Ag
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Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of blends of polyhydroxyalkanoates (PHA) and thermoplastic polyurethanes (TPU), blends obtained in this way and the surface products and shaped articles produced from such blends.
  • the polyhydroxyalkanoates (PHA) are thermoplastic polyesters which can be prepared by chemical synthesis, synthesized by microorganisms or plants and extracted therefrom.
  • PHA polyhydroxyalkanoates
  • the property profiles of the polymers also show a certain range due to the commercial production in microorganisms and the resulting variability of the molecular weights and their distribution width.
  • polyurethanes and in particular thermoplastic polyurethanes have long been known and have found a diverse field of application.
  • polyurethanes are used in the shoe and automobile industry, for films, cable sheathing or in leisure articles, and in many different ways as a blend component.
  • US Pat. No. 7,652,106 describes the preparation of blends of thermoplastic polyurethane (TPU) and polyhydroxybutyrate (PHB).
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • PHB polyhydroxybutyrate
  • This method has several disadvantages.
  • Second, the melting point of the TPU used must be as closely matched to the processing temperature of the PHB as possible to ensure melting and mixing by the TPU, without raising the melt temperature above the threshold of about 180 ° C, where the thermal decomposition of PHB used by intramolecular chain scission.
  • the systems obtained in this way do not have a suitable property profile for all applications.
  • the blends should be particularly suitable for the production of surface products (thin films, plates, etc.), moldings and extruded semi-finished products (pipes, profiles, etc.).
  • a process was sought, with which the plastics processor could determine the property profile of the PHA formulation in the course of an upstream or integrated compounding process, i. a one-step process that can be optimally tuned to each end product without adversely affecting the PHA properties themselves.
  • the compound adaptation should take place by the incorporation of a flexibilizer.
  • the main challenge was to find an efficient compatibilization strategy or a compatibilizing concept for the two components, namely the PHA and the flexibilizer, which excludes delamination of the blend components under external stress and media effects and phase separation prevented in the course of glare processing or stressed component.
  • Such blends consisting of PHA and a flexibilizer, should be distinguished in comparison to pure PHA by improved toughness, reduced brittleness and by increased elongation at break with comparable thermal stability.
  • the covalent bonding of the PHA and TPU moieties should achieve improved mechanical properties.
  • the object is achieved according to the invention by a process for the preparation of blends from at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) and at least one thermoplastic polymer.
  • lyurethanen (TPU) as main components wherein in the preparation of the blend at least one diisocyanate or an isocyanate prepolymer having two isocyanate groups or a mixture thereof is added.
  • At least one thermoplastic polyurethane (TPU) preferably has a higher melting point than at least one polyhydroxyalkanoate (PHA).
  • the method for producing the blend comprises at least the following two steps A) and B).
  • Step A) Reaction of at least one thermoplastic polyurethane with at least one diisocyanate or an isocyanate prepolymer which has at least two isocyanate groups, or mixtures thereof, in the melt. This forms a thermoplastic polyurethane with an excess of isocyanate end groups. Preference is also given here to reduce the molecular weight of the thermoplastic polyurethane.
  • Step B) introducing at least one polyhydroxyalkanoate into the melt of the product of step A) and reacting the product of step A) with the polyhydroxyalkanoate at a temperature below 190 ° C, more preferably below 185 ° C, and most preferably below 180 ° C , More preferably, the blend thus formed in a
  • Step C) cooled, wherein more preferably in steps A) to C) no polyols are added.
  • the invention further provides blends consisting of at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) and at least one thermoplastic polyurethane (TPU) which can be prepared by the abovementioned processes and furthermore contain reinforcing substances.
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • Thermoplastic polyurethane (TPU) and polyhydroxyalkanoates (PHA) are addressed as main components in order to make it clear that the blends according to the invention can also contain the addition of customary auxiliaries and additives, such as reinforcing agents, dyes, stabilizers, etc.
  • the amount of additive depends on the respective field of use and often also influences the mechanical properties of the blend.
  • a further subject of the invention is the use of the blends produced as described above for the production of surface products or shaped articles, including extruded semi-finished products.
  • the invention also relates to films or molded articles from a corresponding ing blend, in which further preferred reinforcing materials are compounded, as well as surface products and molded articles produced therefrom, which also include semi-finished products.
  • thermoplastic polyurethane TPU
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • thermoplastic polyurethane TPU
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • Isocyanatzugabe is that even the shorter TPU fragment that contains no isocyanate end groups by the addition of diisocyanate or the prepolymer can obtain a terminal isocyanate group with which this fragment can continue to react, especially with the PHA.
  • the preferably formed at least one shorter-chain thermoplastic polyurethane can then react with it after the introduction of the polyhydroxyalkanoate (PHA) and after its melting, with formation of covalent bonds with the isocyanate end groups.
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • the blends made in accordance with the present invention exhibit reduced brittleness over the non-blend polyhydroxyalkanoates (PHA), e.g. Poly-3-hydroxybutyrate or poly-4-hydroxybutyrate on. Toughness, elongation at break and impact strength are significantly increased.
  • polyhydroxyalkanoates based on longer chain monomers such as e.g. Polyhydroxyhexanoate is achieved to increase the toughness, elongation at break and impact resistance without lowering the melting temperature. Therefore, the blends are advantageous in terms of temperature resistance.
  • TPU (I) is fed to the extruder (IV) with solid and / or liquid additives (II).
  • the extruder (IV) has various temperature ranges 1 to 10, which are set in the ascending order to the following temperatures: 1: 170 ° C, 2: 190 ° C, 3: 190 ° C, 4: 190 ° C, 5: 190 ° C, 6: 170 ° C, 7: 170 ° C, 8: 170 ° C, 9: 170 ° C, 10: 170 ° C.
  • the PHA regrind (III) is fed to the extruder so that the temperature in the extruder is below 170 ° C.
  • the compounded material (V) consisting of TPU and PHA is cooled by an air cooler (VI) before it is comminuted by a granulator (VII) into thermoplastic granules.
  • the area of compounding (VIII) is in the region of the double arrow (VIII), the cooling takes place in the region of the double arrow (IX) and the granulation in the region of the double arrow (X).
  • thermoplastic polyurethane TPU
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • Such a morphology is preferably obtained when the two main components PHA and TPU, which are added to 100 wt.%, Have the following mass ratios of TPU to PHA: 3 wt.% To 50 wt.%, More preferably 10 wt.% To 45 % By weight, more preferably from 20% by weight to 40% by weight, particularly preferably from 25% by weight to 35% by weight.
  • the reactive blend process is preferably carried out in twin-screw extruders or in BUSS co-kneaders or in similar plastics processing units.
  • the process according to the invention for the preparation of PHA / TPU blends is preferably characterized by two, more preferably three process substeps, also designated as steps A, B, if appropriate C:
  • the first process step is the reaction of at least one thermoplastic polyurethane (TPU) with at least one diisocyanate or a prepolymer having at least two isocyanate end groups, or a mixture thereof. This preferably takes place in the melt, preference being given to
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • thermoplastic polyurethane TPU
  • This product of step A has reactive isocyanate end groups.
  • a particularly suitable mixture consists of NCO-terminated polyesters as prepolymers and of bifunctional isocyanates (preferably MDI).
  • the reaction time in step A) is preferably 10 seconds to 100 seconds.
  • the proportion of isocyanate groups in the product of stage A) is from 0.1% by weight to 5% by weight, preferably from 0.3% by weight to 3% by weight, based on the total thermoplastic polyurethane (TPU).
  • Step B) The second process step is the incorporation of a polyhydroxyalkanoate (PHA) in the melt of the product of process step A and the reaction of this product with the polyhydroxyalkanoate (PHA) at a temperature below the decomposition temperature of at least one preferably all polyhydroxyalkanoates (PHA) is.
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • the temperature is preferably kept at values in which no discoloration of the polyhydroxyalkanoate begins. However, the temperature should be well above the softening point of the polyhydroxyalkanoate and above the softening point of the product of step A). Preferably, an intensive mixing is carried out, as can be achieved for example with a reaction extruder.
  • the temperature in preferred embodiments is less than 190 ° C, preferably less than 185 ° C, and more preferably less than 180 ° C.
  • the temperature in step B is at least 100.degree. C., more preferably at least 120.degree. C., and particularly preferably at least 140.degree. C., particularly preferably at a temperature in the range from 160.degree. C. to 175.degree.
  • the compatibilization of the two polymer components is carried out by linking the chain fragments formed in process step A also addressed as products of step A, with the respective one OH end-capping polyhydroxyalkanoates (PHA).
  • PHA polyhydroxyalkanoates
  • the PHA reacts with the isocyanate groups, resulting in covalent bonds in the blend. As a result, an increase in molecular weight is achieved, which in turn improves the properties.
  • the reaction in step B) is preferably carried out within a period of 10 seconds to 180 seconds.
  • the resulting blend is cooled and granulated, for example, brought directly into shape or brought into a suitable form for further processing.
  • Step C) The third process substep comprises the shaping, preferably granulation, and / or the cooling of the PHA / TPU blend as the reaction product of steps A and B.
  • no polyols are added in steps A) to C), so that it does not come to a structure of a TPU of polyol and diisocyanate.
  • the total water content in the blend is less than 1% by weight. This is based on the total blend containing all components, so in addition to the main components and the minor components such as fibers, auxiliaries and additives. Particularly preferably, the total water content is between 0.1% by weight and 0.5% by weight.
  • the feed components are therefore preferably selected and the production conditions selected so that this water content in the production is not exceeded, since otherwise unwanted blistering occurs.
  • suitable ratios of polyhydroxyalkanoate to thermoplastic polyurethane can be adjusted.
  • the proportion of polyhydroxyalkanoate in the mixture of stage B) is preferably 50% by weight to 97% by weight, particularly preferably 60% by weight to 92% by weight, more preferably 65% by weight to 85% by weight. % based on the material used for the main blend components TPU and PHA.
  • any suitable amounts of at least one diisocyanate or at least one diisocyanate prepolymer having at least two isocyanate groups, or mixtures thereof, are introduced into the thermoplastic polyurethane.
  • the proportion of diisocyanate, prepolymer or mixture thereof is preferably from 1% by weight to 25% by weight, particularly preferably from 1% by weight to 10% by weight, based on the product of stage A).
  • Granules or comparable products are preferably prepared by the process according to the invention, which are processed with a further melting step to final or application products. For the production of these granules, the functionality, i.
  • the mathematically determined proportion of analytically determined isocyanate content based on one mole of the isocyanate groups per molecule between 1, 9 and 2.1, preferably between 1, 95 and 2.05 particularly preferably at 2. If in the process according to the invention directly produced end products, so the functionality may also be higher in order to achieve higher cross-linking depending on the desired material property.
  • diisocyanates or for the preparation of corresponding diisocyanate prepolymers, the iso-eyanates which are listed below for the enumerated in the production of thermoplastic polyurethane are used.
  • Preferred isocyanates are 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethanediisocyanate (MDI), 1-isocyanato-4 - [(4-isocyanatocyclohexyl) methyl] cyclohexane
  • H12MDI 1, 5-naphthylene diisocyanate
  • NDI 1, 5-naphthylene diisocyanate
  • TDI 2,6-tolylene diisocyanate
  • prepolymers are preferably NCO-terminated polyethers or polyesters, as described further below for the preparation of thermoplastic polyurethanes and are preferably based on MDI, H12MDI, HDI, NDI and / or TDI.
  • a particularly preferred mixture consists of prepolymers which are NCO-terminated polyethers, and bifunctional isocyanates, preferably MDI.
  • the reactions in stages A), B) and optionally C) can be carried out continuously or batchwise.
  • the process is carried out in an extruder, preferably in a twin-screw extruder, wherein the thermoplastic polyurethane and the diisocyanate, isocyanate prepolymer or mixture thereof are added at the inlet of the extruder while the polyhydroxyalkanoate is added downstream.
  • thermoplastic polyurethanes which are generally obtainable from at least one diisocyanate, at least one polyol and frequently also at least one isocyanate-reactive chain extender may be used in the process according to the invention.
  • Thermoplastic polyurethanes TPU are understood to mean polyurethanes which are heat-softenable in a certain temperature range and solidify on cooling and repeatedly in the softened state by casting, injection molding, extrusion, blow molding, pressing and rotational sintering into semifinished products, films or molded parts, etc . are malleable.
  • the TPUs are multiple block copolymers; these have hard and soft segments within a molecule.
  • the proportion of hard phase in the total TPU is preferably 15 wt .-% to 65 wt .-%, in aliphatic TPU in particular 40 wt .-% to 65 wt .-%.
  • thermoplastic polyurethanes by reacting diisocyanates, which are also referred to as component a) with polydiols and optionally other isocyanate-reactive compounds, which is also referred to as component b), and chain extenders, which are also used as component c) are addressed, optionally in the presence of catalysts, which are also addressed as component d), and / or conventional excipients and / or additives, which are also addressed as component e).
  • component a), b), c) and optionally d) and / or e) usually used in the preparation of the polyurethanes are described below by way of example:
  • organic isocyanates component a
  • aromatic, aliphatic, cycloaliphatic and / or araliphatic isocyanates preferably diisocyanates, more preferably 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (cf.
  • MDI 1,5-naphthylene diisocyanate
  • TDI 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate
  • diphenylmethane diisocyanate 3,3'-dimethyl-diphenyl-diisocyanate, 1, 2-diphenylethane-diisocyanate and / or Phenylene diisocyanate, tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta- and / or octamethylene diisocyanate, 2-methyl-pentamethylene diisocyanate-1, 5, 2-ethyl-butylene-diisocyanate-1, 4, pentamethylene diisocyanate-1 , 5, butylene-diisocyanate-1, 4, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), 1-isocyanato
  • isocyanates are aliphatic isocyanates, more preferably hexamethylene endiisocyanate (HDI), 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and in particular 1-isocyanato-4 - [( 4-isocyanatocyclohexyl) methyl] cyclohexane (H 12MDI).
  • HDI hexamethylene endiisocyanate
  • MDI 4,4'-diphenylmethane diisocyanate
  • H 12MDI 1-isocyanato-4 - [( 4-isocyanatocyclohexyl) methyl] cyclohexane
  • isocyanate-reactive compounds component b
  • isocyanate-reactive compounds for example polyesterols, polyetherols and / or polycarbonatediols, which are usually also termed "polyols", with molecular weights (Mn), preferably by number.
  • Mn molecular weights between 500 g / mol and 8000 g / mol, preferably 600 g / mol to 6000 g / mol, in particular 800 g / mol to less than 3000 g / mol, and preferably an average functionality to isocyanates of 1, 8 to 2 , 3, preferably 1, 9 to 2.2, in particular 2.
  • Polyether polyols are preferably used as component b), for example those based on generally known starter substances and customary alkylene oxides, preferably ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide, more preferably polyetherols based on propylene oxide 1, 2 and ethylene oxide and in particular polyoxytetramethylene glycols.
  • the advantage of the polyether polyols is u. a. in the higher hydrolytic stability.
  • low-unsaturated polyetherols are understood as meaning, in particular, polyether alcohols having a content of unsaturated compounds of less than 0.02 meq / g, preferably less than 0.01 meq / g.
  • polyether alcohols are usually prepared by addition of alkylene oxides, in particular ethylene oxide, propylene oxide and mixtures thereof, to the above-described diols or triols in the presence of highly active catalysts.
  • Such highly active catalysts are preferably cesium hydroxide and multimetal cyanide catalysts, also referred to as DMC catalysts.
  • DMC catalysts Such highly active catalysts are preferably cesium hydroxide and multimetal cyanide catalysts, also referred to as DMC catalysts.
  • DMC catalyst is the zinc hexacyanocobaltate.
  • the DMC catalyst can be used after conversion. tion are left in the polyether alcohol, it is usually removed, for example by sedimentation or filtration.
  • thermoplastic polyurethane according to the invention is particularly preferably based on polytetrahydrofuran having a molecular weight (Mn), preferably the number average molecular weight, between 600 g / mol and 2000 g / mol, preferably 800 g / mol and 1400 g / mol, particularly preferably 950 g / mol and 1050 g / mol as component b).
  • Mn molecular weight
  • component c As chain extenders, component c, it is possible to use generally known aliphatic, aliphatic, aromatic and / or cycloaliphatic compounds having a molecular weight, preferably average molecular weight, of from 50 g / mol to 499 g / mol, preferably 2-functional compounds.
  • alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical, preferably butanediol-1, 4, hexanediol-1, 6 and / or di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta-, octa -, Nona- and / or Dekaalkylenglykole having 3 to 8 carbon atoms, more preferably unbranched alkanediols, in particular propane-1, 3-diol and butane-1, 4-diol.
  • Suitable catalysts, component d), which in particular accelerate the reaction between the NCO groups of the diisocyanates, component a) and component b) are known and customary in the prior art tertiary amines, such as.
  • tertiary amines such as.
  • ferric (III) acetylacetonate, tin compounds e.g.
  • tin diacetate, tin dioctoate, tin dilaurate or the Zinndialkylsalze aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate or the like.
  • the catalysts are usually used in amounts of 0.00001 parts by weight to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of polyhydroxyl compound, component b).
  • component e) may also be added to the synthesis components a) to c) and or to the blend according to the invention.
  • blowing agents for example, blowing agents, surface-active substances, flame retardants, nucleating agents, lubricants and mold release agents, dyes and pigments, stabilizers, for.
  • surface-active substances flame retardants
  • nucleating agents for example
  • lubricants for example
  • mold release agents dyes and pigments, stabilizers, for.
  • dyes and pigments for example
  • hydrolysis protective agents it is preferred to use oligomeric and / or polymeric aliphatic or aromatic carbodiimides.
  • TPUs based on hydrogenated MDI and at least one polyetherol having a maximum fraction of 25% by weight, preferably not more than 10% by weight, of aromatics and conjugated ⁇ -electron systems, based on the thermoplastic material - lyurethan including optionally present additives, in particular TPU excluding aromatic compounds.
  • the preparation of the TPU can be carried out batchwise or continuously, for example with reaction extruders or the strip process according to one-shot or the prepolymer process, preferably by the one-shot process, according to the known processes.
  • the components a), b) and optionally c), d) and / or e) coming into reaction can be mixed together successively or simultaneously with the reaction starting immediately.
  • the synthesis components a), b) and, if appropriate, the further components c), d) and / or e) are introduced into the extruder individually or as a mixture, for. B.
  • the polyol component, component b), and chain extender, component c) can be varied.
  • a weight ratio of polyol, component b) to total chain extenders to be used, component c) from 20 to 2, in particular from 8 to 3 is set.
  • the reaction of the isocyanate, component a) with the isocyanate-reactive components b) and optionally c) is carried out in a preferred embodiment at a ratio between 950 and 1050, particularly preferably between 970 and 1010, in particular between 980 and 1000 Code defined by the ratio of the total isocyanate groups used in the reaction of component a) to the isocyanate-reactive groups, ie in particular the groups of components b) and c).
  • a ratio of 1000 an isocyanate group of component a) has an active hydrogen atom.
  • more isocyanate groups exist than OH groups.
  • Stabilizers in the context of the present invention are additives which protect a plastic or a plastic mixture against harmful environmental influences. Examples are primary and secondary antioxidants, thiosynergists, trivalent phosphorus organophosphorus compounds, hindered amine light stabilizers, UV absorbers, hydrolysis inhibitors, quenchers and flame retardants.
  • thermoplastic polyurethane In a preferred embodiment, at least one thermoplastic polyurethane (TPU) is used which has no aromatic groups. In other preferred embodiments Forms at least one thermoplastic polyurethane (TPU) is used with aromatic groups, preferably aromatic isocyanates. Both variants can be used individually or in combination. In another preferred embodiment, the polyol olbasis of the TPU is non-aromatic and can be based on renewable raw materials.
  • the dicarboxylic acid and / or the diol of the polyester diol and / or the chain extender are of non-fossil origin, i. they are produced and isolated by plants and / or microorganisms.
  • the molecular weight of the TPU is reduced to proper processability.
  • the number average molecular weight is preferably immediately before the reaction with the PHA 7.500 g / mol to
  • the invention also relates to a blend which can be prepared by the method described above.
  • the blends according to the invention can be used for any suitable applications. They are used in particular for the production of films (surface products) or moldings.
  • Very thin films are accessible from the blends according to the invention, so that good biodegradability can be achieved when using appropriate monomers. This can be advantageous, in particular, for garbage bags, plant bags, agricultural or mulch films, etc.
  • polyhydroxyalkanoate it is possible according to the invention to use all suitable polyhydroxyalkanoates, as known from the specialist literature, e.g. Madison & Huisman, Microbiology and Molecular Biology Reviews 63 (1): 21-53 and Sudesh et al., Prog. Polym. Be. 25: 1503-1555.
  • Preferred polyhydroxyalkanoates are poly (6) -hydroxyhexanoate, poly (3) -hydroxyvalerate, poly (3) -hydroxybutyrate, poly (4) -hydroxybutyrate in the form of homopolymers and / or their copolymers and / or mixtures.
  • Poly (3) hydroxybutyrate is particularly preferred as homopolymer and / or copolymer or mixture of poly (6) -hydroxyhexanoate, poly (3) -hydroxyvalerate, poly (4) -hydroxybutyrate.
  • the polyhydroxyalkanoates are made microbiologically they are often not pure homopolymers. Rather, the polyhydroxyalkanoates isolated from microorganisms or plants are present as copolymers and / or mixtures. For individual applications, the pure PHA may have advantages, for further applications the mixtures or blends are more advantageous.
  • the blends of the invention which are usually present as granules, can be processed by the customary injection molding and extrusion methods.
  • the blends which can be prepared by the process of the invention are used in applications as films (surface products), preferably for the production of coatings, bellows, moldings, building and transportation floors, cables, cable plugs, cable sheathing, cushions, laminates, non-woven fabrics, gaskets, profiles, Belts, rollers, saddles, foams, hoses, shoe soles, trailing cables, solar modules, cladding in automobiles, wiper blades or fibers have the advantages presented above. Shaping into moldings / parts and semifinished products can also be carried out in direct connection with the compounding step in the form of a one-step process, eg. B. with an injection molding compounder (IMC). Further preferred production methods are calendering, powder sintering, or extrusion.
  • IMC injection molding compounder
  • Corresponding fiber-reinforced compounds consist of the blends and fibers described.
  • Preferred fibers are glass fibers, natural fibers (flax, hemp, cotton, sisal, bamboo, kenaf, as well as cellulose fibers, etc.).
  • the proportion in the blend is preferably more than 1 wt .-% to 50 wt .-%, more preferably 5 wt .-% to 30 wt .-% based on the blend constituents polyhydroxyalkanoate (PHA) and thermoplastic polyurethane (TPU).
  • Component Ki Individual components used in the Examples described below are designated Component Ki, where the letter "i" is a placeholder for a number.
  • Component K1 TPU1 Elastollan ® B 85 A 15 (BASF Polyurethanes GmbH)
  • Aromatic polyester TPU based on butanediol adipate with a number average molecular weight 2.4 kg / mol, 1, 4-butanediol and methyl-di-phenyl-di-isocyanate. Contains hydrolysis protection and processing aids in usual concentrations.
  • the pelletized TPU is injection molded into test plates and punched out of them. The following characteristics are measured on these test specimens. Table 1: Properties Elastollan ® B 85 A 15
  • test plates were sprayed from granules with less than 0.02% water content.
  • the test plates were annealed at 100 ° C for 20 hours.
  • the specimens were punched from 2 mm * or 6 mm ** test plates.
  • the test was carried out at 23 ⁇ 2 ° C and 50 ⁇ 6% rel. Humidity carried out.
  • Component K2 Polyhydroxyalkanoate 1 (PHA1)
  • the selected poly-3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate has been prepared by fermentation of Ralstonia eutropha on C5 and C6 sugars and subsequent purification of the polymer from the bacterial cells.
  • the selected polyhydroxyalkanoate is characterized by the following properties:
  • Component K3 Prepolymerl
  • Lupranat® ® MP102 Prepolymer based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), dipropylene glycol, and a polyether based on ethylene oxide / propylene oxide having molecular weight 450 g / mol.
  • MDI 4,4'-diphenylmethane diisocyanate
  • the prepolymer can be metered in liquid at room temperature.
  • the temperature program along the extruder axis can also be taken from FIG.
  • the cylinder temperatures set for zones 1 to 10 are: 180 °, 200 °, 200 °, 200 °, 200 °, 200 °, 180 °, 180 °, 180 °, 180 ° C.
  • the respective TPU type (K1 or K2 or K3) and the respective additive (K6) or the modified MDI (K5) are gravimetrically metered. brought in.
  • the TPU modification takes place.
  • the PHA granulate (K4) is metered into the feed opening of zone 6.
  • PHA plasticization, intensive component mixing and the coupling reaction to the covalent phase linkage occur.
  • the emerging compound strands are cooled and then granulated.
  • Tension rods according to DIN-EN-ISO 527-2 and test specimens for determining the notch impact strength according to DIN-EN-ISO 179-1 were produced in a mold by injection molding.
  • a screw-piston injection molding machine type Arburg 220 M 350-90 was available. The machine and process parameters are as follows:
  • the test specimen for determining the notched impact strength has the following dimensions:
  • PHA1 with TPU1 prepared by method 1.
  • the base component ratio is 70% PHA1 and 30% TPU1.
  • Tab. 3 contains the determined mechanical characteristics. Table 3: Mechanical characteristics of the PHA1 / TPU1 blends
  • the base component ratio is 70% PHA1 and 30% TPU1.
  • Tab. 4 contains the determined mechanical characteristics. Table 4: Mechanical characteristics of the PHA1 / TPU1 blends with 5% prepolymer
  • Example 9 Tables 2 to 4 show the increase in tensile strength, elongation at break and elongation at break

Abstract

The invention relates to a method for producing blends of at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) and at least one thermoplastic polyurethane (TPU) as main components. At least one diisocyanate or an isocyanate prepolymer, which has two isocyanate groups, or a mixture thereof is added during the production of the blend.

Description

Verfahren zur Herstellung von Blends aus Polyhydroxyalkanoaten (PHA) und thermoplastischen Polyurethanen (TPU)  Process for the preparation of blends of polyhydroxyalkanoates (PHA) and thermoplastic polyurethanes (TPU)
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blends aus Polyhydroxyalkanoaten (PHA) und thermoplastischen Polyurethanen (TPU), derart erhaltene Blends sowie die aus derartigen Blends hergestellten Flächenprodukte und Formkörper. Die Polyhydroxyalkanoate (PHA) sind thermoplastische Polyester, die durch chemische Synthese hergestellt werden können, von Mikroorganismen oder von Pflanzen synthetisiert und daraus extrahiert werden können. The invention relates to a process for the preparation of blends of polyhydroxyalkanoates (PHA) and thermoplastic polyurethanes (TPU), blends obtained in this way and the surface products and shaped articles produced from such blends. The polyhydroxyalkanoates (PHA) are thermoplastic polyesters which can be prepared by chemical synthesis, synthesized by microorganisms or plants and extracted therefrom.
Handelsüblich Polyhydroxyalkanoate (PHA) werden derzeit vorrangig aus Mikroorganismen gewonnen. Hierzu gehört beispielsweise das Poly-3-Hydroxybutyrat Homopolymer bzw. Copo- lymer mit z.B. geringen Anteilen 3-Hydroxyvalerat. Es ist ein sehr harter und spröder Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul (E) von ca.3, 5 GPa. Commercially available polyhydroxyalkanoates (PHA) are currently obtained primarily from microorganisms. These include, for example, the poly-3-hydroxybutyrate homopolymer or copolymer with e.g. low levels of 3-hydroxyvalerate. It is a very hard and brittle material with a modulus of elasticity (E) of approx. 3.5 GPa.
Die Eigenschaftsprofile der Polymere zeigen zudem aufgrund der kommerziellen Herstellung in Mikroorganismen und der resultierenden Variabilität der Molekulargewichte und deren Verteilungsbreite eine gewisse Spannbreite. The property profiles of the polymers also show a certain range due to the commercial production in microorganisms and the resulting variability of the molecular weights and their distribution width.
Für viele Anwendungsbereiche der Polyhydroxyalkanoate wünscht man sich jedoch eine größere Flexibilität und Duktilität. Diese könnte grundsätzlich durch die Erhöhung der Comonomerge- halte erreicht werden; dies ist allerdings mit höheren Kosten und schlechterer Wärmeformbeständigkeit bzw. niedrigerem Schmelzpunkt verbunden. For many applications of polyhydroxyalkanoates, however, one wishes for greater flexibility and ductility. This could in principle be achieved by increasing the comonomer content; However, this is associated with higher costs and lower heat resistance or lower melting point.
Polyurethane und insbesondere thermoplastische Polyurethane sind bereits seit langem bekannt und haben ein vielfältiges Anwendungsfeld gefunden. So werden Polyurethane bei- spielsweise in der Schuh- und Automobilindustrie, für Folien, Kabelummantelungen oder in Freizeitartikeln eingesetzt, sowie in vielfältiger Weise auch als Blendkomponente. Polyurethanes and in particular thermoplastic polyurethanes have long been known and have found a diverse field of application. Thus, for example, polyurethanes are used in the shoe and automobile industry, for films, cable sheathing or in leisure articles, and in many different ways as a blend component.
So beschreibt beispielsweise die US 7,652,106 die Herstellung von Blends aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) und Polyhydroxybutyrat (PHB). Die Schrift offenbart neben reinen Blends aus TPU und PHB auch solche mit Weichmachern oder anorganischen Füllstoffen. Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile. Erstens kommt es nicht zu einer kovalenten Anbindung der dispersen TPU-Phase an die kontinuierliche PHB-Phase. Zweitens muss der Schmelzpunkt des eingesetzten TPU möglichst exakt auf die Verarbeitungstemperatur des PHB abgestimmt sein, um eine Aufschmelzen und Vermischen seitens des TPU zu gewährleisten, ohne die Schmelzetemperatur über die Schwelle von ca. 180°C zu heben, bei der die thermische Zersetzung von PHB durch intramolekulare Kettenspaltung einsetzt. Die auf diese Weise erhaltenen Systeme haben nicht für alle Anwendungen ein geeignetes Eigenschaftsprofil. Auf der einen Seite gibt es sehr spröde Polyhydroxyalkanoate, die sich durch einen hohen Schmelzpunkt auszeichnen. Auf der anderen Seite gibt es duktilere Polyhydroxyalkanoate, die dann allerdings deutlich niedrigere Schmelzpunkte aufweisen. Dies führt häufig zu mäßigen anwendungstechnischen Eigenschaften. Für den Polymerverarbeiter ist es deshalb wichtig, die mechanischen Eigenschaften, insbesondere den E-Modul und die Dehnbarkeit der Blends, exakt auf den jeweiligen Einsatzfall abstimmen zu können. For example, US Pat. No. 7,652,106 describes the preparation of blends of thermoplastic polyurethane (TPU) and polyhydroxybutyrate (PHB). The document discloses in addition to pure blends of TPU and PHB and those with plasticizers or inorganic fillers. This method has several disadvantages. First, there is no covalent attachment of the dispersed TPU phase to the continuous PHB phase. Second, the melting point of the TPU used must be as closely matched to the processing temperature of the PHB as possible to ensure melting and mixing by the TPU, without raising the melt temperature above the threshold of about 180 ° C, where the thermal decomposition of PHB used by intramolecular chain scission. The systems obtained in this way do not have a suitable property profile for all applications. On the one hand there are very brittle Polyhydroxyalkanoate, which are characterized by a high melting point. On the other hand, there are more ductile polyhydroxyalkanoates, which, however, then have significantly lower melting points. This often leads to moderate performance characteristics. It is therefore important for the polymer processor to be able to tailor the mechanical properties, in particular the modulus of elasticity and the ductility of the blends, precisely to the respective application.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Blends aus Polyhydroxyalkanoa- ten (PHA) und thermoplastischen Polyurethanen (TPU), die eine verbesserte Zähigkeit bei einer Verminderung der Sprödigkeit zeigen, und zudem erhöhte Reißdehnungen bei ausreichender Festigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften sollen ohne Verminderung der thermischen Stabilität erreicht werden. Die Blends sollen insbesondere zur Herstellung von Flächenprodukten (dünne Folien, Platten, etc.), Formkörpern und extrudierten Halbzeugen (Rohre, Profile, etc.) geeignet sein. It is an object of the present invention to provide blends of polyhydroxyalkanoates (PHA) and thermoplastic polyurethanes (TPU) which exhibit improved toughness with a reduction in brittleness, and also have increased elongation at break with sufficient strength. These properties are to be achieved without reducing the thermal stability. The blends should be particularly suitable for the production of surface products (thin films, plates, etc.), moldings and extruded semi-finished products (pipes, profiles, etc.).
Gesucht wurde dabei insbesondere ein Verfahren, mit dem der Kunststoffverarbeiter das Eigenschaftsprofil der PHA-Rezeptur im Zuge eines vorgeschalteten oder integrierten Compoun- dierprozesses, d.h. einem Einstufenprozesses, auf das jeweilige Endprodukt optimal abstimmen kann, ohne dass die PHA-Eigenschaften selbst nachteilig verändert würden. Die Com- poundadaption soll dabei durch die Inkorporierung eines Flexibilisators erfolgen. Zentrale Herausforderung dabei war, für die beiden Komponenten, nämlich für das PHA und den Flexibilisa- tor, eine effiziente Kompatibilisierungsstrategie bzw. ein funktionsfähiges Kompatibilisierungs- konzept zu finden, das eine Delamination der Blendkomponenten unter äußeren Beanspru- chungen und Medieneinwirkungen ausschließt und das eine Phasenseparierung im Zuge der Blendverarbeitung oder beim beanspruchten Bauteil verhindert. In particular, a process was sought, with which the plastics processor could determine the property profile of the PHA formulation in the course of an upstream or integrated compounding process, i. a one-step process that can be optimally tuned to each end product without adversely affecting the PHA properties themselves. The compound adaptation should take place by the incorporation of a flexibilizer. The main challenge was to find an efficient compatibilization strategy or a compatibilizing concept for the two components, namely the PHA and the flexibilizer, which excludes delamination of the blend components under external stress and media effects and phase separation prevented in the course of glare processing or stressed component.
Derartige Blends, bestehend aus PHA und einem Flexibilisator, sollen sich im Vergleich mit reinem PHA durch eine verbesserte Zähigkeit, eine verminderte Sprödigkeit sowie durch eine er- höhte Reißdehnung bei vergleichbarer thermischer Stabilität auszeichnen. Gegenüber Blends ohne Flexibilisator soll die kovalente Verbindung der PHA- und TPU-Anteilen verbesserte mechanische Eigenschaften erreichen. Such blends, consisting of PHA and a flexibilizer, should be distinguished in comparison to pure PHA by improved toughness, reduced brittleness and by increased elongation at break with comparable thermal stability. Compared to blends without flexibilizer, the covalent bonding of the PHA and TPU moieties should achieve improved mechanical properties.
Ferner sollen sie eine erhöhte Kerbschlagzähigkeit und Durchstoßfestigkeit aufweisen und zu- dem eine bessere Entformbarkeit sowie kürzere Zykluszeiten gewährleisten. In addition, they should have an increased notched impact strength and puncture resistance and, in addition, ensure better demoldability and shorter cycle times.
Sie sollen sich mit den gebräuchlichen Kunststoffverarbeitungsverfahren, wie z. B. der Extrusi- on, des Spritzgießens, des Blasformens, des Formpressens, des Rotationssinterns und des Thermoformens zu Halbzeugen und Formteilen ausformen lassen. You should contact the usual plastic processing methods, such. B. extrusion, injection molding, blow molding, compression molding, rotational sintering and thermoforming to form semi-finished products and moldings.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Blends aus mindestens einem Polyhydroxyalkanoat (PHA) und mindestens einem thermoplastischen Po- lyurethanen (TPU) als Hauptkomponenten wobei bei der Herstellung des Blends mindestens ein Diisocyant oder ein Isocyanat-Präpolymer, das zwei Isocyanatgruppen aufweist oder ein Gemisch davon zugegeben wird. Bevorzugt hat dabei mindestens ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) einen höheren Schmelzpunkt als mindestens ein Polyhydroxalkanoat (PHA). Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren zur Herstellung des Blends zumindest folgende zwei Schritte A) und B). The object is achieved according to the invention by a process for the preparation of blends from at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) and at least one thermoplastic polymer. lyurethanen (TPU) as main components wherein in the preparation of the blend at least one diisocyanate or an isocyanate prepolymer having two isocyanate groups or a mixture thereof is added. At least one thermoplastic polyurethane (TPU) preferably has a higher melting point than at least one polyhydroxyalkanoate (PHA). Particularly preferably, the method for producing the blend comprises at least the following two steps A) and B).
Schritt A) Umsetzung mindestens eines thermoplastischen Polyurethans mit mindestens einem Diisocyanat oder einem Isocyanat - Prepolymer, das mindestens zwei Iso- cyanatgruppen aufweist, oder Gemischen davon, in der Schmelze. Dabei bildet sich ein thermoplastisches Polyurethan mit einem Überschuss an Isocyanat-Endgruppen. Bevorzugt kommt es dabei auch zur Verminderung der Molmasse des thermoplastischen Polyurethans. Schritt B) Einbringen mindestens eines Polyhydroxyalkanoats in die Schmelze des Produktes der Stufe A) und Umsetzung des Produktes der Stufe A) mit dem Polyhydroxyalkanoats bei einer Temperatur von unter 190 °C, weiter bevorzugt unter 185 °C, und besonders bevorzugt unter 180 °C. Weiter bevorzugt wird der so gebildete Blend in einem Step A) Reaction of at least one thermoplastic polyurethane with at least one diisocyanate or an isocyanate prepolymer which has at least two isocyanate groups, or mixtures thereof, in the melt. This forms a thermoplastic polyurethane with an excess of isocyanate end groups. Preference is also given here to reduce the molecular weight of the thermoplastic polyurethane. Step B) introducing at least one polyhydroxyalkanoate into the melt of the product of step A) and reacting the product of step A) with the polyhydroxyalkanoate at a temperature below 190 ° C, more preferably below 185 ° C, and most preferably below 180 ° C , More preferably, the blend thus formed in a
Schritt C) abgekühlt wobei weiter bevorzugt in den Schritten A) bis C) keine Polyole zugesetzt werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Blends, bestehend aus mindestens einem Polyhyd- roxyalkanoat (PHA) und mindestens einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) die mit den oben genannten Verfahren herstellbar sind und weiterhin Verstärkungsstoffe enthalten. Als bevorzugte Verstärkungsstoffe kommen unterschiedlichste Fasern und/oder nadel- oder plättchen- förmige Mineralien in Frage. In bevorzugten Ausführungsformen werden Wollastonit, Glimmer, Talkum, etc. eincompoundiert. Bei den aus dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hervorgehenden PHA/TPU-Blends handelt es sich um Zweiphasenwerkstoffe, bei denen das PHA die kontinuierliche und das TPU die disperse Phase darstellt. Thermoplastisches Polyurethan (TPU) und Polyhydroxyalkanoate (PHA) werden als Hauptkomponenten angesprochen, um zu verdeutlichen, dass die erfindungsgemäßen Blends auch den Zusatz üblicher Hilfs- und Zusatzstoffe, wie Verstärkungsstoffe, Farbstoffe, Stabilisatoren etc. mit enthalten kann. Die Menge des Zusatzes richtet sich nach dem entsprechenden Einsatzgebiet und beeinflusst häufig auch die mechanischen Eigenschaften des Blends. Step C) cooled, wherein more preferably in steps A) to C) no polyols are added. The invention further provides blends consisting of at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) and at least one thermoplastic polyurethane (TPU) which can be prepared by the abovementioned processes and furthermore contain reinforcing substances. Preferred reinforcing materials are a wide variety of fibers and / or needlelike or platelet-shaped minerals. In preferred embodiments, wollastonite, mica, talc, etc. are compounded. The PHA / TPU blends resulting from the inventive production process are two-phase materials in which the PHA is the continuous phase and the TPU is the disperse phase. Thermoplastic polyurethane (TPU) and polyhydroxyalkanoates (PHA) are addressed as main components in order to make it clear that the blends according to the invention can also contain the addition of customary auxiliaries and additives, such as reinforcing agents, dyes, stabilizers, etc. The amount of additive depends on the respective field of use and often also influences the mechanical properties of the blend.
Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist die Verwendung der wie vorstehend beschrieben herge- stellten Blends zur Herstellung von Flächenprodukten oder Formkörpern zu denen auch extru- diertes Halbzeug zählt. Die Erfindung betrifft auch Folien oder Formkörper aus einem entspre- chenden Blend, in welchem weiter bevorzugt Verstärkungsstoffe eincompoundiert sind, sowie daraus hergestellte Flächenprodukte und Formkörper, zu denen auch Halbzeuge zählen. A further subject of the invention is the use of the blends produced as described above for the production of surface products or shaped articles, including extruded semi-finished products. The invention also relates to films or molded articles from a corresponding ing blend, in which further preferred reinforcing materials are compounded, as well as surface products and molded articles produced therefrom, which also include semi-finished products.
Überraschend wurde weiter gefunden, dass Blends aus mindestens einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) und mindestens einem Polyhydroxyalkanoat (PHA) mit verbesserten Anwendungseigenschaften hergestellt werden können, wenn ein thermoplastisches Polyurethan zunächst mit einem Diisocyanat, einem Prepolymer, das mindestens zwei Isocyanatgruppen aufweist, oder einem Gemisch davon in der Schmelze umgesetzt wird. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß bevorzugt immer dann eingesetzt, wenn die Schmelztemperatur mindestens eines thermoplastischen Polyurethans (TPU) höher als die Zersetzungstemperatur mindestens eines im Blend vorliegenden Polyhydroxyalkanoates (PHA) liegt. Dabei kommt es bevorzugt zur Verminderung der Molmasse mindestens eines höher schmelzenden thermoplastischen Polyurethans (TPU), wodurch kürzere Bruchstücke und damit leichter aufschmelzende thermoplastische Polyurethane (TPU) als Produkt des Schrittes 1 entstehen. Gleichzeitig erhält das mindestens eine thermoplastische Polyurethan (TPU) und/oder dessen kürzere Ketten (Produkt des Schrittes 1 ) Isocyanat-Endgruppen. Surprisingly, it has also been found that blends of at least one thermoplastic polyurethane (TPU) and at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) having improved application properties can be prepared when a thermoplastic polyurethane is first treated with a diisocyanate, a prepolymer having at least two isocyanate groups, or a mixture thereof is reacted in the melt. This method is preferably used according to the invention whenever the melting temperature of at least one thermoplastic polyurethane (TPU) is higher than the decomposition temperature of at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) present in the blend. It is preferable to reduce the molecular weight of at least one higher melting thermoplastic polyurethane (TPU), resulting in shorter fragments and thus more easily melting thermoplastic polyurethanes (TPU) as a product of step 1. At the same time, the at least one thermoplastic polyurethane (TPU) and / or its shorter chains (product of step 1) is replaced by isocyanate end groups.
Ein Vorteil der Isocyanatzugabe ist, dass auch das kürzere TPU Bruchstück, das keine Isocyanat-Endgruppen enthält durch die Zugabe von Diisocyanat bzw. des Präpolymers eine endständige Isocyanatgruppe erhalten kann mit der auch dieses Bruchstück weiterreagieren kann, insbesondere auch mit dem PHA. An advantage of Isocyanatzugabe is that even the shorter TPU fragment that contains no isocyanate end groups by the addition of diisocyanate or the prepolymer can obtain a terminal isocyanate group with which this fragment can continue to react, especially with the PHA.
Das bevorzugt ausgebildete mindestens eine kürzerkettige thermoplastische Polyurethan kann dann nach dem Einbringen des Polyhydroxyalkanoats (PHA) und nach dessen Aufschmelzen mit diesem reagieren, wobei es zur Ausbildung kovalenter Bindungen mit den Isocyanat- Endgruppen kommt. Dadurch ergibt sich eine herausragende Kompatibilisierung der beiden Polymerphasen, sowie eine exzellente Morphologiestabilität. Durch die Rezeptierung des Gesamtsystems und die Art der Prozessführung kann das Eigenschaftsspektrum für die jeweilige Anwendung gezielt eingestellt werden. Die erfindungsgemäß hergestellten Blends weisen eine verminderte Sprödigkeit gegenüber den nicht als Blend vorliegenden Polyhydroxyalkanoaten (PHA) wie z.B. Poly-3-hydroxybutyrat oder Poly-4-hydroxybutyrat auf. Die Zähigkeit, Reißdehnung und Schlagzähigkeit werden signifikant erhöht. Gegenüber Polyhydroxyalkanoaten basierend auf längerkettigen Monomeren wie z.B. Polyhydroxyhexanoat wird die Erhöhung der Zähigkeit, Reißdehnung und Schlagzähigkeit ohne eine Absenkung der Schmelztemperatur er- reicht. Daher sind die Blends in Bezug auf Temperaturbeständigkeit vorteilhaft. The preferably formed at least one shorter-chain thermoplastic polyurethane can then react with it after the introduction of the polyhydroxyalkanoate (PHA) and after its melting, with formation of covalent bonds with the isocyanate end groups. This results in an outstanding compatibilization of the two polymer phases, as well as an excellent morphology stability. By formulating the entire system and the type of process control, the property spectrum for the respective application can be adjusted specifically. The blends made in accordance with the present invention exhibit reduced brittleness over the non-blend polyhydroxyalkanoates (PHA), e.g. Poly-3-hydroxybutyrate or poly-4-hydroxybutyrate on. Toughness, elongation at break and impact strength are significantly increased. Compared to polyhydroxyalkanoates based on longer chain monomers such as e.g. Polyhydroxyhexanoate is achieved to increase the toughness, elongation at break and impact resistance without lowering the melting temperature. Therefore, the blends are advantageous in terms of temperature resistance.
Figur 1 zeigt einen bevorzugten Compoundierprozess auf einem Doppelschneckenextruder (IV), der bevorzugt vom Typ Coperion ZSK 25 (L/D = 42) des Hersteller: Werner & Pfleiderer ist. TPU (I) wird mit festen und/oder flüssigen Additiven (II) dem Extruder (IV) zugeführt. Der Extru- der (IV) hat in einer bevorzugten Ausführungsform verschiedene Temperaturbereiche 1 bis 10, die in der aufsteigenden Reihenfolge auf folgende Temperaturen eingestellt sind: 1 : 170°C, 2: 190°C, 3: 190°C, 4: 190°C, 5: 190°C, 6: 170°C, 7: 170°C, 8: 170°C, 9: 170°C, 10: 170°C. Be- vorzugt wird das PHA Mahlgut (III) so dem Extruder zugeführt, dass die Temperatur im Extruder unter 170 °C liegt. Das aus TPU und PHA bestehende compoundierte Material (V) wird von einem Luftkühler (VI) abgekühlt bevor es durch einen Granulierer (VII) in thermoplastisches Granulat zerkleinert wird. Der Bereich der Compoundierung (VIII) befindet sich im Bereich des Doppelpfeiles (VIII), die Abkühlung erfolgt im Bereich des Doppelpfeiles (IX) und die Granulierung im Bereich des Doppelpfeiles (X). FIG. 1 shows a preferred compounding process on a twin-screw extruder (IV), which is preferably of the Coperion ZSK 25 (L / D = 42) type from the manufacturer: Werner & Pfleiderer. TPU (I) is fed to the extruder (IV) with solid and / or liquid additives (II). In a preferred embodiment, the extruder (IV) has various temperature ranges 1 to 10, which are set in the ascending order to the following temperatures: 1: 170 ° C, 2: 190 ° C, 3: 190 ° C, 4: 190 ° C, 5: 190 ° C, 6: 170 ° C, 7: 170 ° C, 8: 170 ° C, 9: 170 ° C, 10: 170 ° C. loading Preferably, the PHA regrind (III) is fed to the extruder so that the temperature in the extruder is below 170 ° C. The compounded material (V) consisting of TPU and PHA is cooled by an air cooler (VI) before it is comminuted by a granulator (VII) into thermoplastic granules. The area of compounding (VIII) is in the region of the double arrow (VIII), the cooling takes place in the region of the double arrow (IX) and the granulation in the region of the double arrow (X).
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass als Flexibilisatoren des wenigstens einen Polyhydroxyalkanoates (PHA) mindestens ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) ein- gesetzt wird, das in einem reaktiven Compoundierungsprozess über Isocyanate mit dem wenigsten einen Polyhydroxyalkanoat (PHA) verknüpft wird. Das Ergebnis ist ein Zweiphasenwerkstoff, bei dem das PHA die kontinuierliche und das TPU die diskontinuierliche bzw. disperse Phase bilden. Dabei ist mindestens ein Polyhydroxyalkanoat (PHA) kovalent mit mindestens einem thermoplastischen Polyurethan verknüpft (TPU). An essential feature of the invention is that at least one thermoplastic polyurethane (TPU) is used as flexibilizers of the at least one polyhydroxyalkanoate (PHA), which in a reactive compounding process is linked via isocyanates with the at least one polyhydroxyalkanoate (PHA). The result is a two-phase material in which the PHA forms the continuous and the TPU the discontinuous or disperse phase. At least one polyhydroxyalkanoate (PHA) is covalently linked to at least one thermoplastic polyurethane (TPU).
Eine derartige Morphologie wird vorzugsweise dann erhalten, wenn die beiden Hauptkomponenten PHA und TPU, die zu 100 Gew.% aufaddiert werden, folgende Masseverhältnisse von TPU in PHA aufweisen: 3 Gew.% bis 50 Gew. %, weiter bevorzugt 10 Gew % bis 45 Gew. %, weiter bevorzugt 20 Gew. % bis 40 Gew. %, besonders bevorzugt 25 Gew.% bis 35 Gew.% Der reaktive Blendprozess wird bevorzugt in Doppelschneckenextrudern oder in BUSS-Koknetern oder in ähnlichen Kunststoffaufbereitungsaggregaten durchgeführt. Such a morphology is preferably obtained when the two main components PHA and TPU, which are added to 100 wt.%, Have the following mass ratios of TPU to PHA: 3 wt.% To 50 wt.%, More preferably 10 wt.% To 45 % By weight, more preferably from 20% by weight to 40% by weight, particularly preferably from 25% by weight to 35% by weight. The reactive blend process is preferably carried out in twin-screw extruders or in BUSS co-kneaders or in similar plastics processing units.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von PHA/TPU-Blends ist bevorzugt durch zwei, weiter bevorzugt drei Verfahrensteilschritte gekennzeichnet, auch als Schritte A, B ggf. C bezeichnet: The process according to the invention for the preparation of PHA / TPU blends is preferably characterized by two, more preferably three process substeps, also designated as steps A, B, if appropriate C:
Schritt A) Bei dem ersten Verfahrensteilschritt handelt es sich um die Umsetzung mindestens eines thermoplastischen Polyurethans (TPU) mit mindestens einem Diisocyanat oder einem Prepolymer, das mindestens zwei Isocyanatendgruppen aufweist, oder einem Gemisch davon. Dies findet bevorzugt in der Schmelze statt wobei bevorzugt dieStep A) The first process step is the reaction of at least one thermoplastic polyurethane (TPU) with at least one diisocyanate or a prepolymer having at least two isocyanate end groups, or a mixture thereof. This preferably takes place in the melt, preference being given to
Molmasse des thermoplastischen Polyurethans (TPU) reduziert wird. Dieses Produkt des Schrittes A besitzt reaktive Isocyanat-Endgruppen. Molar mass of the thermoplastic polyurethane (TPU) is reduced. This product of step A has reactive isocyanate end groups.
Ein besonders geeignetes Gemisch besteht aus NCO-terminierten Polyestern als Prepolymeren und aus bifunktionellen Isocyanaten (bevorzugt MDI). A particularly suitable mixture consists of NCO-terminated polyesters as prepolymers and of bifunctional isocyanates (preferably MDI).
Die Reaktionszeit im Schritt A) beträgt vorzugsweise 10 Sekunden bis 100 Sekunden. The reaction time in step A) is preferably 10 seconds to 100 seconds.
Der Anteil an Isocyanatgruppen im Produkt der Stufe A) beträgt 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 Gew.-% bis 3 Gew.-% bezogen auf das gesamte thermoplastische Polyurethan (TPU). Schritt B) Bei dem zweiten Verfahrensteilschritt handelt es sich um die Einarbeitung eines Po- lyhydroxyalkanoats (PHA) in die Schmelze des Produktes des Verfahrensschrittes A und um die Umsetzung dieses Produktes mit dem Polyhydroxyalkanoat (PHA) bei einer Temperatur die unter der Zersetzungstemperatur mindestens eines, bevorzugt al- ler Polyhydroxyalkanoate (PHA) liegt. The proportion of isocyanate groups in the product of stage A) is from 0.1% by weight to 5% by weight, preferably from 0.3% by weight to 3% by weight, based on the total thermoplastic polyurethane (TPU). Step B) The second process step is the incorporation of a polyhydroxyalkanoate (PHA) in the melt of the product of process step A and the reaction of this product with the polyhydroxyalkanoate (PHA) at a temperature below the decomposition temperature of at least one preferably all polyhydroxyalkanoates (PHA) is.
Die Temperatur wird vorzugsweise bei Werten gehalten, in denen keine Verfärbung des Po- lyhydroxyalkanoats einsetzt. Die Temperatur sollte jedoch deutlich über dem Erweichungspunkt des Polyhydroxyalkanoats und über dem Erweichungspunkt des Produktes aus Stufe A) liegen. Vorzugsweise wird eine intensive Vermischung durchgeführt, wie sie beispielsweise mit einem Reaktionsextruder erreicht werden kann. The temperature is preferably kept at values in which no discoloration of the polyhydroxyalkanoate begins. However, the temperature should be well above the softening point of the polyhydroxyalkanoate and above the softening point of the product of step A). Preferably, an intensive mixing is carried out, as can be achieved for example with a reaction extruder.
Schmelz- und Erweichungspunkt werden nach der europäischen Norm EN ISO 1 1357-1 :1997 bestimmt. Melting and softening point are determined according to European standard EN ISO 1 1357-1: 1997.
Die Temperatur ist in bevorzugten Ausführungsformen kleiner als 190 °C, bevorzugt kleiner als 185 °C und besonders bevorzugt kleiner als 180 °C. Gleichzeitig liegt die Temperatur im Schritt B bei mindestens 100 °C, weiter bevorzugt mindestens 120 ° C und besonders bevorzugt bei mindestens 140 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 160 °C bis 175 °C. The temperature in preferred embodiments is less than 190 ° C, preferably less than 185 ° C, and more preferably less than 180 ° C. At the same time, the temperature in step B is at least 100.degree. C., more preferably at least 120.degree. C., and particularly preferably at least 140.degree. C., particularly preferably at a temperature in the range from 160.degree. C. to 175.degree.
Die Kompatibilisierung der beiden Polymerkomponenten erfolgt durch eine Verknüpfung der im Verfahrensschritt A gebildeten Kettenfragmente auch als Produkte des Schrittes A angesprochen, mit den jeweils eine OH-Endgruppe tragenden Polyhydroxyalkanoaten (PHA). The compatibilization of the two polymer components is carried out by linking the chain fragments formed in process step A also addressed as products of step A, with the respective one OH end-capping polyhydroxyalkanoates (PHA).
Das PHA reagiert dabei mit den Isocyanatgruppen, wodurch kovalente Bindungen im Blend entstehen. Hierdurch wird eine Molmassenerhöhung erreicht, die wiederum eigenschaftsver- bessernd ist. Die Umsetzung in Stufe B) wird vorzugsweise innerhalb eines Zeitraumes von 10 Sekunden bis 180 Sekunden durchgeführt. The PHA reacts with the isocyanate groups, resulting in covalent bonds in the blend. As a result, an increase in molecular weight is achieved, which in turn improves the properties. The reaction in step B) is preferably carried out within a period of 10 seconds to 180 seconds.
Nach der Umsetzung wird der gebildete Blend abgekühlt und beispielsweise granuliert, direkt in Form gebracht oder in eine geeignete Form für die Weiterverarbeitung gebracht. After the reaction, the resulting blend is cooled and granulated, for example, brought directly into shape or brought into a suitable form for further processing.
Schritt C) Der dritte Verfahrensteilschritt umfasst die Formgebung, bevorzugt Granulierung, und/oder die Abkühlung des PHA/TPU-Blends als Reaktionsprodukt der Schritte A und B. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden in den Schritten A) bis C) keine Polyole zugesetzt, so dass es nicht zu einem Aufbau eines TPU aus Polyol und Diisocyanat kommt. Bevorzugt ist weiterhin, dass in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gesamtwassergehalt im Blend weniger als 1 Gew.-% beträgt. Dieser ist bezogen auf den gesamten Blend enthaltend alle Bestandteile, also insbesondere neben den Hauptbestandteilen auch die Nebenbestandteile wie Fasern, Hilfs- und Zusatzstoffe. Besonders bevorzugt liegt der Gesamtwassergehalt zwi- sehen 0.1 Gew.-% und 0,5 Gew.-%. Bevorzugt werden die Einsatzkomponenten daher so ausgewählt und die Herstellungsbedingungen so gewählt, dass dieser Wassergehalt in der Produktion nicht überschritten wird, da es sonst zu unerwünschter Blasenbildung kommt. Step C) The third process substep comprises the shaping, preferably granulation, and / or the cooling of the PHA / TPU blend as the reaction product of steps A and B. In the process according to the invention, no polyols are added in steps A) to C), so that it does not come to a structure of a TPU of polyol and diisocyanate. It is furthermore preferred that in the process according to the invention the total water content in the blend is less than 1% by weight. This is based on the total blend containing all components, so in addition to the main components and the minor components such as fibers, auxiliaries and additives. Particularly preferably, the total water content is between 0.1% by weight and 0.5% by weight. The feed components are therefore preferably selected and the production conditions selected so that this water content in the production is not exceeded, since otherwise unwanted blistering occurs.
In Ausführungsformen, in denen ein Schaum hergestellt werden soll, werden in Abhängigkeit des Schäumungsgrades auch höhere Wassermengen verarbeitet. In embodiments in which a foam is to be produced, higher amounts of water are processed depending on the degree of foaming.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können geeignete Mengenverhältnisse von Polyhydroxyalka- noat zu thermoplastischem Polyurethan eingestellt werden. Bevorzugt beträgt der Anteil des Polyhydroxyalkanoats im Gemisch der Stufe B) 50 Gew.-% bis 97 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 Gew.-% bis 92 Gew.-%, weiter bevorzugt 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Material der Hauptblendbestandteile TPU und PHA. In the process according to the invention, suitable ratios of polyhydroxyalkanoate to thermoplastic polyurethane can be adjusted. The proportion of polyhydroxyalkanoate in the mixture of stage B) is preferably 50% by weight to 97% by weight, particularly preferably 60% by weight to 92% by weight, more preferably 65% by weight to 85% by weight. % based on the material used for the main blend components TPU and PHA.
Im Schritt A) werden in das thermoplastische Polyurethan beliebige geeignete Mengen an mindestens einem Diisocyanat oder mindestens einem Diisocyanat - Prepolymer, das mindestens zwei Isocyanatgruppen aufweist, oder Gemische davon eingebracht. Bevorzugt beträgt der An- teil an Diisocyanat, Prepolymer oder Gemisch davon 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Produkt der Stufe A). Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Granulate oder vergleichbare Produkte hergestellt, die mit einem weiteren Aufschmelzschritt zu End- oder Anwendungsprodukten verarbeitet werden. Für die Herstellung dieser Granulate liegt die Funktionalität, d.h. der rechnerisch ermittelte Anteil aus analytisch ermitteltem Isocyanatgehalt bezogen auf ein Mol der Isocyanatgruppen pro Molekül zwischen 1 ,9 und 2,1 , bevorzugt zwischen 1 ,95 und 2,05 besonders bevorzugt bei 2. Werden in dem erfindungsgemäßen Prozess unmittelbar Endprodukte hergestellt, so kann die Funktionalität auch höher sein, um, in Abhängigkeit der gewünschten Materialeigenschaft, höhere Quervernetzungen zu erreichen. In step A), any suitable amounts of at least one diisocyanate or at least one diisocyanate prepolymer having at least two isocyanate groups, or mixtures thereof, are introduced into the thermoplastic polyurethane. The proportion of diisocyanate, prepolymer or mixture thereof is preferably from 1% by weight to 25% by weight, particularly preferably from 1% by weight to 10% by weight, based on the product of stage A). Granules or comparable products are preferably prepared by the process according to the invention, which are processed with a further melting step to final or application products. For the production of these granules, the functionality, i. the mathematically determined proportion of analytically determined isocyanate content based on one mole of the isocyanate groups per molecule between 1, 9 and 2.1, preferably between 1, 95 and 2.05 particularly preferably at 2. If in the process according to the invention directly produced end products, so the functionality may also be higher in order to achieve higher cross-linking depending on the desired material property.
Als Diisocyanate bzw. für die Herstellung entsprechender Diisocyanat-Präpolymere werden die weiter unten für die bei der Herstellung von thermoplastischem Polyurethan aufgezählten Iso- eyanate verwendet. Bevorzugte Isocyanate sind 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenyl- methandiisoeyanat (MDI), 1 -lsocyanato-4-[(4-isocyanatocyclohexyl) methyl]cyclohexan As diisocyanates or for the preparation of corresponding diisocyanate prepolymers, the iso-eyanates which are listed below for the enumerated in the production of thermoplastic polyurethane are used. Preferred isocyanates are 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethanediisocyanate (MDI), 1-isocyanato-4 - [(4-isocyanatocyclohexyl) methyl] cyclohexane
(H12MDI), 1 ,5-Naphthylendiisocyanat (NDI), 2,4- und/oder 2, 6-Toluylendiisocyanat (TDI). (H12MDI), 1, 5-naphthylene diisocyanate (NDI), 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate (TDI).
Werden Prepolymere verwendet, so sind dies bevorzugt NCO-terminierten Polyethern oder Po- lyestern, wie sie weitere unten auch für die Herstellung thermoplastischer Polyurethane beschrieben sind und basieren bevorzugt auf MDI, H12MDI, HDI, NDI und/oder TDI. If prepolymers are used, these are preferably NCO-terminated polyethers or polyesters, as described further below for the preparation of thermoplastic polyurethanes and are preferably based on MDI, H12MDI, HDI, NDI and / or TDI.
Eine besonders bevorzugtes Gemisch besteht aus Prepolymeren , die NCO-terminierten Po- lyether sind, und bifunktionellen Isocyanaten, bevorzugt MDI. Die Umsetzungen in den Stufen A), B) und ggf. C) können kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. A particularly preferred mixture consists of prepolymers which are NCO-terminated polyethers, and bifunctional isocyanates, preferably MDI. The reactions in stages A), B) and optionally C) can be carried out continuously or batchwise.
Bevorzugt ist ein kontinuierliches Verfahren, das insbesondere eine Reaktionsextrusion ist. Da- bei wird das Verfahren in einem Extruder, vorzugsweise in einem Zweischneckenextruder, durchgeführt, wobei das thermoplastische Polyurethan und das Diisocyanat, Isocyanat- Prepolymer oder Gemisch davon am Eingang des Extruders zugesetzt werden, während das Polyhydroxyalkanoat stromabwärts zugesetzt wird. Durch die Verwendung der Reaktionsextrusion erfolgt eine günstige Raum-Zeit Herstellung des gewünschten Blends. Preferred is a continuous process, which is in particular a reaction extrusion. The process is carried out in an extruder, preferably in a twin-screw extruder, wherein the thermoplastic polyurethane and the diisocyanate, isocyanate prepolymer or mixture thereof are added at the inlet of the extruder while the polyhydroxyalkanoate is added downstream. By using the reaction extrusion, a favorable space-time production of the desired blend takes place.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige geeignete thermoplastische Polyurethane (TPU) eingesetzt werden, die in der Regel erhältlich sind aus wenigstens einem Diisocyanat, wenigstens einem Polyol und häufig zudem wenigstens einem mit Isocyanat-reaktiven Ketten- verlängerer. Any suitable thermoplastic polyurethanes (TPU) which are generally obtainable from at least one diisocyanate, at least one polyol and frequently also at least one isocyanate-reactive chain extender may be used in the process according to the invention.
Unter thermoplastischen Polyurethanen TPU werden Polyurethane verstanden, die in einem bestimmten Temperaturbereich wiederholt in der Wärme erweichbar sind und sich beim Abküh- len verfestigen und im erweichten Zustand wiederholt durch Gießen, Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen, Pressen und Rotationssintern zu Halbzeug, Folien oder Formteilen etc. formbar sind. Bei den TPU handelt es sich um multiple Blockcopolymere; diese besitzen innerhalb eines Moleküls Hart- und Weichsegmente. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil der Hartphase am gesamten TPU vorzugsweise 15 Gew.-% bis 65 Gew.-%, bei aliphatischem TPU insbesondere 40 Gew.-% bis 65 Gew.- %. Thermoplastic polyurethanes TPU are understood to mean polyurethanes which are heat-softenable in a certain temperature range and solidify on cooling and repeatedly in the softened state by casting, injection molding, extrusion, blow molding, pressing and rotational sintering into semifinished products, films or molded parts, etc . are malleable. The TPUs are multiple block copolymers; these have hard and soft segments within a molecule. In a preferred embodiment, the proportion of hard phase in the total TPU is preferably 15 wt .-% to 65 wt .-%, in aliphatic TPU in particular 40 wt .-% to 65 wt .-%.
Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung der thermoplastischen Polyurethane durch Umsetzung von Diisocyanaten, die auch als Komponente a) bezeichnet werden, mit Polydiolen und gegebenenfalls weiteren gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, auf die gemeinsam auch als Komponente b) Bezug genommen wird, und Kettenverlängerungsmitteln, die auch als Komponente c) angesprochen werden, gegebenenfalls in Gegenwart von Katalysatoren, die auch als Komponente d) angesprochen werden, und/oder üblichen Hilfsstoffen und/oder Zusatzstoffen, die auch als Komponente e) angesprochen werden. Die bei der Herstellung der Polyurethane üblicherweise verwendeten Komponenten a), b), c) sowie gegebenenfalls d) und/oder e) sollen im Folgenden beispielhaft beschrieben werden: According to the invention, the preparation of the thermoplastic polyurethanes by reacting diisocyanates, which are also referred to as component a) with polydiols and optionally other isocyanate-reactive compounds, which is also referred to as component b), and chain extenders, which are also used as component c) are addressed, optionally in the presence of catalysts, which are also addressed as component d), and / or conventional excipients and / or additives, which are also addressed as component e). The components a), b), c) and optionally d) and / or e) usually used in the preparation of the polyurethanes are described below by way of example:
Als organische Isocyanate, Komponente a), können allgemein bekannte aromatische, aliphatische, cycloaliphatische und/oder araliphatische Isocyanate, bevorzugt Diisocyanate eingesetzt werden, weiter bevorzugt 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1 ,5- Naphthylendiisocyanat (NDI), 2,4- und/oder 2, 6-Toluylendiisocyanat (TDI), Diphenylmet- handiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-diphenyl-diisocyanat, 1 ,2-Diphenylethandiisocyanat und/oder Phenylendiisocyanat, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa-, Hepta- und/oder Oktamethylendiisocyanat, 2- Methyl-pentamethylen-diisocyanat-1 ,5, 2-Ethyl-butylen-diisocyanat-1 ,4, Pentamethylen- diisocyanat-1 ,5, Butylen-diisocyanat-1 ,4, 1 -lsocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl- cyclohexan (Isophoron-diisocyanat, IPDI), 1 -lsocyanato-4-[(4-isocyanatocyclohexyl) me- thyl]cyclohexan (H12MDI), 2,6-Diisocyanatohexancarbonsäureester, 1 ,4- und/oder 1 ,3- Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (HXDI), 1 ,4-Cyclohexan-diisocyanat, 1-Methyl-2,4- und/oder -2,6-cyclohexan-diisocyanat und/oder 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Dicyclohexylmethan- diisocyanat, bevorzugt 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1 ,5- Naphthylendiisocyanat (NDI), 2,4- und/oder 2, 6-Toluylendiisocyanat (TDI), Hexamethylendiiso- cyanat, 1 -lsocyanato-4-[(4-isocyanatocyclohexyl) methyl]cyclohexan, und/oder IPDI. As organic isocyanates, component a), it is possible to use generally known aromatic, aliphatic, cycloaliphatic and / or araliphatic isocyanates, preferably diisocyanates, more preferably 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (cf. MDI), 1,5-naphthylene diisocyanate (NDI), 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyl-diphenyl-diisocyanate, 1, 2-diphenylethane-diisocyanate and / or Phenylene diisocyanate, tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta- and / or octamethylene diisocyanate, 2-methyl-pentamethylene diisocyanate-1, 5, 2-ethyl-butylene-diisocyanate-1, 4, pentamethylene diisocyanate-1 , 5, butylene-diisocyanate-1, 4, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), 1-isocyanato-4 - [(4-isocyanatocyclohexyl) me- methyl] cyclohexane (H12MDI), 2,6-diisocyanatohexanecarboxylic acid ester, 1,4- and / or 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane (HXDI), 1,4-cyclohexane diisocyanate, 1-methyl-2,4- and or -2,6-cyclohexane diisocyanate and / or 4,4'-, 2,4'- and 2,2'-dicyclohexylmethane diisocyanate, preferably 2,2'-, 2,4'- and / or 4 , 4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1,5-naphthylene diisocyanate (NDI), 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate, 1-isocyanato-4 - [(4-isocyanatocyclohexyl) methyl] cyclohexane, and / or IPDI.
Besonders bevorzugte Isocyanate sind aliphatische Isocyanate, weiter bevorzugt Hexamethyl- endiisocyanat (HDI), 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und insbeson- dere1 -lsocyanato-4-[(4-isocyanatocyclohexyl) methyl]cyclohexan (H 12MDI). Particularly preferred isocyanates are aliphatic isocyanates, more preferably hexamethylene endiisocyanate (HDI), 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and in particular 1-isocyanato-4 - [( 4-isocyanatocyclohexyl) methyl] cyclohexane (H 12MDI).
Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen, Komponente b) können die allgemein bekannten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Polyesterole, Polyetherole und/oder Polycarbonatdiole, die üblicherweise auch unter dem Begriff "Polyole" zusammengefasst werden, mit Molekulargewichten (Mn), bevorzugt zahlenmittle- ren Molekulargewichten zwischen 500 g/mol und 8000 g/mol, bevorzugt 600 g/mol bis 6000 g/mol, insbesondere 800 g/mol bis weniger als 3000 g/mol, und bevorzugt einer mittleren Funktionalität gegenüber Isocyanaten von 1 ,8 bis 2,3, bevorzugt 1 ,9 bis 2,2, insbesondere 2. As isocyanate-reactive compounds, component b), it is possible to use the generally known isocyanate-reactive compounds, for example polyesterols, polyetherols and / or polycarbonatediols, which are usually also termed "polyols", with molecular weights (Mn), preferably by number. ren molecular weights between 500 g / mol and 8000 g / mol, preferably 600 g / mol to 6000 g / mol, in particular 800 g / mol to less than 3000 g / mol, and preferably an average functionality to isocyanates of 1, 8 to 2 , 3, preferably 1, 9 to 2.2, in particular 2.
Das zahlenmittlere Molekualrgewicht wird nach DIN 55672-1 bestimmt. Bevorzugt setzt man als Komponente b) Polyetherpolyole ein, beispielsweise solche auf der Basis von allgemein bekannten Startersubstanzen und üblichen Alkylenoxiden, bevorzugt Ethylenoxid, Propylenoxid und/oder Butylenoxid, weiter bevorzugt Polyetherole basierend auf Propy- lenoxid-1 ,2 und Ethylenoxid und insbesondere Polyoxytetramethylenglykole. Der Vorteil der Polyetherpolyole liegt u. a. in der höheren Hydrolysestabilität. The number average molecular weight is determined according to DIN 55672-1. Polyether polyols are preferably used as component b), for example those based on generally known starter substances and customary alkylene oxides, preferably ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide, more preferably polyetherols based on propylene oxide 1, 2 and ethylene oxide and in particular polyoxytetramethylene glycols. The advantage of the polyether polyols is u. a. in the higher hydrolytic stability.
Weiterhin können als Polyetherole bevorzugt sogenannte niedrig ungesättigte Polyetherole verwendet werden. Unter niedrig ungesättigten Polyolen werden im Rahmen dieser Erfindung insbesondere Polyetheralkohole mit einem Gehalt an ungesättigten Verbindungen von kleiner als 0,02 meq/g, bevorzugt kleiner als 0,01 meq/g, verstanden. Derartige Polyetheralkohole wer- den zumeist durch Anlagerung von Alkylenoxiden, insbesondere Ethylenoxid, Propylenoxid und Mischungen daraus, an die oben beschriebenen Diole oder Triole in Gegenwart von hochaktiven Katalysatoren hergestellt. Furthermore, it is possible to use as polyetherols preferably so-called low-unsaturated polyetherols. In the context of this invention, low-unsaturated polyols are understood as meaning, in particular, polyether alcohols having a content of unsaturated compounds of less than 0.02 meq / g, preferably less than 0.01 meq / g. Such polyether alcohols are usually prepared by addition of alkylene oxides, in particular ethylene oxide, propylene oxide and mixtures thereof, to the above-described diols or triols in the presence of highly active catalysts.
Derartige hochaktive Katalysatoren sind bevorzugt Cäsiumhydroxid und Multimetallcyanidkata- lysatoren, auch als DMC-Katalysatoren bezeichnet. Ein häufig und bevorzugt eingesetzterSuch highly active catalysts are preferably cesium hydroxide and multimetal cyanide catalysts, also referred to as DMC catalysts. A common and preferred used
DMC-Katalysator ist das Zinkhexacyanocobaltat. Der DMC-Katalysator kann nach der Umset- zung im Polyetheralkohol belassen werden, üblicherweise wird er entfernt, beispielsweise durch Sedimentation oder Filtration. DMC catalyst is the zinc hexacyanocobaltate. The DMC catalyst can be used after conversion. tion are left in the polyether alcohol, it is usually removed, for example by sedimentation or filtration.
Statt eines Polyols können auch Mischungen verschiedener Polyole als Komponente b) einge- setzt werden. Besonders bevorzugt basiert das erfindungsgemäße thermoplastische Polyurethan auf Polytetrahydrofuran mit einem Molekulargewicht (Mn), bevorzugt dem zahlenmittleren Molekulargewicht, zwischen 600 g/mol und 2000 g/mol, bevorzugt 800 g/mol und 1400 g/mol, besonders bevorzugt 950 g/mol und 1050 g/mol als Komponente b). Als Kettenverlängerungsmittel, Komponente c, können allgemein bekannte aliphatische, aliphatische, aromatische und/oder cycloaliphatische Verbindungen mit einem Molekulargewicht, bevorzugt mittleren Molekulargewicht von 50 g/mol bis 499 g/mol, bevorzugt 2-funktionelle Verbindungen, eingesetzt werden. Bevorzugt sind beispielsweise Alkandiole mit 2 bis 10 C- Atomen im Alkylenrest, bevorzugt Butandiol-1 ,4, Hexandiol-1 ,6 und/oder Di-, Tri-, Tetra-, Pen- ta-, Hexa-, Hepta-, Okta-, Nona- und/oder Dekaalkylenglykole mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, weiter bevorzugt unverzweigte Alkandiole, insbesondere Propan-1 ,3-diol und Butan-1 ,4-diol. Instead of a polyol, it is also possible to use mixtures of different polyols as component b). The thermoplastic polyurethane according to the invention is particularly preferably based on polytetrahydrofuran having a molecular weight (Mn), preferably the number average molecular weight, between 600 g / mol and 2000 g / mol, preferably 800 g / mol and 1400 g / mol, particularly preferably 950 g / mol and 1050 g / mol as component b). As chain extenders, component c, it is possible to use generally known aliphatic, aliphatic, aromatic and / or cycloaliphatic compounds having a molecular weight, preferably average molecular weight, of from 50 g / mol to 499 g / mol, preferably 2-functional compounds. Preference is given, for example, to alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical, preferably butanediol-1, 4, hexanediol-1, 6 and / or di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta-, octa -, Nona- and / or Dekaalkylenglykole having 3 to 8 carbon atoms, more preferably unbranched alkanediols, in particular propane-1, 3-diol and butane-1, 4-diol.
Geeignete Katalysatoren, Komponente d), welche insbesondere die Reaktion zwischen den NCO-Gruppen der Diisocyanate, Komponente a) und der Komponente b) beschleunigen, sind die nach dem Stand der Technik bekannten und üblichen tertiären Amine, wie z. B. bevorzugt Triethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N-Methylmorpholin, N,N'-Dimethylpiperazin, 2- (Dimethylaminoethoxy)-ethanol, Diazabicyclo-(2,2,2)-octan und ähnliche sowie insbesondere organische Metallverbindungen wie Titansäureester, Eisenverbindungen wie z. B. bevorzugt Eisen— (III)— acetylacetonat, Zinnverbindungen, z. B. bevorzugt Zinndiacetat, Zinndioctoat, Zinn- dilaurat oder die Zinndialkylsalze aliphatischer Carbonsäuren wie Dibutylzinndiacetat, Di- butylzinndilaurat oder ähnliche. Die Katalysatoren werden üblicherweise in Mengen von 0,00001 Gew.-Teilen bis 0,1 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Polyhydroxylverbindung, Komponente b) eingesetzt. Neben Katalysatoren, Komponente d), können den Aufbaukomponenten a) bis c) und oder dem erfindungsgemäßen Blend auch übliche Zusatzstoffe und/oder Hilfsmittel, Komponente e), hinzugefügt werden. Genannt seien beispielsweise Treibmittel, oberflächenaktive Substanzen, Flammschutzmittel, Keimbildungsmittel, Gleit- und Entformungshilfen, Farbstoffe und Pigmente, Stabilisatoren, z. B. bevorzugt gegen Hydrolyse, Licht, Hitze oder Verfärbung, anorganische und/oder organische Füllstoffe, Weichmacher und Metalldeaktivatoren. Als Hydrolyseschutzmittel werden bevorzugt oligomere und/oder polymere aliphatische oder aromatische Carbodiimide verwendet. Suitable catalysts, component d), which in particular accelerate the reaction between the NCO groups of the diisocyanates, component a) and component b) are known and customary in the prior art tertiary amines, such as. For example, preferred triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, N, N'-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) ethanol, diazabicyclo- (2,2,2) octane and the like and in particular organic metal compounds such as titanic acid esters, iron compounds such. For example, ferric (III) acetylacetonate, tin compounds, e.g. For example, preferably tin diacetate, tin dioctoate, tin dilaurate or the Zinndialkylsalze aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate or the like. The catalysts are usually used in amounts of 0.00001 parts by weight to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of polyhydroxyl compound, component b). In addition to catalysts, component d), customary additives and / or auxiliaries, component e) may also be added to the synthesis components a) to c) and or to the blend according to the invention. Mention may be made, for example, blowing agents, surface-active substances, flame retardants, nucleating agents, lubricants and mold release agents, dyes and pigments, stabilizers, for. As preferred against hydrolysis, light, heat or discoloration, inorganic and / or organic fillers, plasticizers and metal deactivators. As hydrolysis protective agents it is preferred to use oligomeric and / or polymeric aliphatic or aromatic carbodiimides.
Besonders bevorzugt sind TPU auf Basis von hydriertem MDI und wenigstens einem Po- lyetherols mit einem maximalen Anteil von 25 Gew.-%, bevorzugt maximal 10 Gew.-% an Aro- maten und konjugierten π-Elektronen-Systemen, bezogen auf das thermoplastische Po- lyurethan inklusive gegebenenfalls anwesender Additive, insbesondere TPU unter Ausschluss aromatischer Verbindungen. Particular preference is given to TPUs based on hydrogenated MDI and at least one polyetherol having a maximum fraction of 25% by weight, preferably not more than 10% by weight, of aromatics and conjugated π-electron systems, based on the thermoplastic material - lyurethan including optionally present additives, in particular TPU excluding aromatic compounds.
Die Herstellung der TPU kann nach den bekannten Verfahren diskontinuierlich oder kontinuier- lieh, beispielsweise mit Reaktionsextrudern oder dem Bandverfahren nach one-shot oder dem Prepolymerverfahren, bevorzugt nach dem one-shot-Verfahren erfolgen. Bei diesen Verfahren können die zur Reaktion kommenden Komponenten a), b) und gegebenenfalls c), d) und/oder e) nacheinander oder gleichzeitig miteinander vermischt werden, wobei die Reaktion unmittelbar einsetzt. Beim Extruderverfahren werden die Aufbaukomponenten a), b) sowie gegebenen- falls die weiteren Komponenten c), d) und/oder e) einzeln oder als Gemisch in den Extruder eingeführt, z. B. bevorzugt bei Temperaturen von 100 bis 280°C, weiter bevorzugt bei 140 °C bis 250°C zur Reaktion gebracht, das erhaltene Polyurethan wird dann extrudiert, abgekühlt und granuliert. Zur Optimierung der TPU können die Polyolkomponente, Komponente b), und Kettenverlänge- rer, Komponente c) variiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Gewichtsverhältnis von Polyol, Komponente b) zu insgesamt einzusetzenden Kettenverlängerungsmitteln, Komponente c) von 20 bis 2, insbesondere von 8 bis 3 eingestellt. Die Umsetzung des Isocyanates, Komponente a) mit den Isocyanat-reaktiven Komponenten b) und ggf. c) erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform bei einer Kennzahl zwischen 950 und 1050, besonders bevorzugt zwischen 970 und 1010, insbesondere zwischen 980 und 1000. Hierbei ist die Kennzahl definiert durch das Verhältnis der insgesamt bei der Umsetzung eingesetzten Isocyanatgruppen der Komponente a) zu den Isocyanat-reaktiven Gruppen, also insbe- sondere den Gruppen der Komponenten b) und c). Bei einer Kennzahl von 1000 kommt auf eine Isocyanatgruppe der Komponente a) ein aktives Wasserstoffatom. Bei Kennzahlen über 1000 liegen mehr Isocyanatgruppen als OH-Gruppen vor. The preparation of the TPU can be carried out batchwise or continuously, for example with reaction extruders or the strip process according to one-shot or the prepolymer process, preferably by the one-shot process, according to the known processes. In these processes, the components a), b) and optionally c), d) and / or e) coming into reaction can be mixed together successively or simultaneously with the reaction starting immediately. In the extruder process, the synthesis components a), b) and, if appropriate, the further components c), d) and / or e) are introduced into the extruder individually or as a mixture, for. B. preferably at temperatures of 100 to 280 ° C, more preferably reacted at 140 ° C to 250 ° C for the reaction, the resulting polyurethane is then extruded, cooled and granulated. To optimize the TPU, the polyol component, component b), and chain extender, component c) can be varied. In a preferred embodiment, a weight ratio of polyol, component b) to total chain extenders to be used, component c) from 20 to 2, in particular from 8 to 3 is set. The reaction of the isocyanate, component a) with the isocyanate-reactive components b) and optionally c) is carried out in a preferred embodiment at a ratio between 950 and 1050, particularly preferably between 970 and 1010, in particular between 980 and 1000 Code defined by the ratio of the total isocyanate groups used in the reaction of component a) to the isocyanate-reactive groups, ie in particular the groups of components b) and c). With a ratio of 1000, an isocyanate group of component a) has an active hydrogen atom. For ratios above 1000, more isocyanate groups exist than OH groups.
Um die Polyurethane und daraus hergestellten Blends gegen Alterung zu stabilisieren, können dem Polyurethan Stabilisatoren zugegeben werden die auch als Hilfsmittel angesprochen werden. Stabilisatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Additive, die einen Kunststoff oder eine Kunststoffmischung gegen schädliche Umwelteinflüsse schützen. Beispiele sind primäre und sekundäre Antioxidantien, Thiosynergisten, Organophosphorverbindungen des trivalenten Phosphors, Hindered Amine Light Stabilizer, UV-Absorber, Hydrolyseschutzmittel, Quencher und Flammschutzmittel. In order to stabilize the polyurethanes and blends made therefrom against aging, it is possible to add stabilizers to the polyurethane which are also mentioned as auxiliaries. Stabilizers in the context of the present invention are additives which protect a plastic or a plastic mixture against harmful environmental influences. Examples are primary and secondary antioxidants, thiosynergists, trivalent phosphorus organophosphorus compounds, hindered amine light stabilizers, UV absorbers, hydrolysis inhibitors, quenchers and flame retardants.
Nähere Angaben über die oben genannten Hilfsmittel- und Zusatzstoffe sind der Fachliteratur zu entnehmen, z. B. aus Plastics Additive Handbook, 5th edition, H. Zweifel, ed., Hanser Publi- shers, München, 2001 . Further details on the above-mentioned auxiliary substances and additives can be found in the specialist literature, for. B. from Plastics Additive Handbook, 5th edition, H. Zweifel, ed., Hanser Publishers, Munich, 2001.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) verwendet, das keine aromatischen Gruppen aufweist. In anderen bevorzugten Ausführungs- formen wird zumindest ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) mit aromatischen Gruppen, bevorzugt aromatischen Isocyanaten verwendet. Beide Varianten können einzeln oder kombiniert verwendet werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist auch die Poly- olbasis des TPU nicht-aromatisch und kann auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. In a preferred embodiment, at least one thermoplastic polyurethane (TPU) is used which has no aromatic groups. In other preferred embodiments Forms at least one thermoplastic polyurethane (TPU) is used with aromatic groups, preferably aromatic isocyanates. Both variants can be used individually or in combination. In another preferred embodiment, the polyol olbasis of the TPU is non-aromatic and can be based on renewable raw materials.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Dicarbonsäure und/oder das Diol des Polyesterdiols und/oder der Kettenverlängerer nicht-fossilen Ursprungs, d.h. sie werden von Pflanzen und/oder Mikroorganismen hergestellt und isoliert. Durch die Umsetzung mit dem Isocyanat oder dem Isocyanat Prepolymer wird das Molekulargewicht des TPU bis zur geeigneten Prozessfähigkeit vermindert. Das zahlenmittlere Molekulargewicht beträgt dabei unmittelbar vor der Umsetzung mit dem PHA vorzugsweise 7.500 g/mol bis In another preferred embodiment, the dicarboxylic acid and / or the diol of the polyester diol and / or the chain extender are of non-fossil origin, i. they are produced and isolated by plants and / or microorganisms. By reacting with the isocyanate or isocyanate prepolymer, the molecular weight of the TPU is reduced to proper processability. The number average molecular weight is preferably immediately before the reaction with the PHA 7.500 g / mol to
75.000 g/mol. 75,000 g / mol.
Die Erfindung betrifft zudem auch ein Blend, der nach vorstehend beschriebenen Verfahren herstellbar ist. The invention also relates to a blend which can be prepared by the method described above.
Die erfindungsgemäßen Blends können für beliebige geeignete Anwendungen eingesetzt wer- den. Sie werden insbesondere zur Herstellung von Folien (Flächenprodukten) oder Formkörpern eingesetzt. The blends according to the invention can be used for any suitable applications. They are used in particular for the production of films (surface products) or moldings.
Sehr dünne Folien sind erfindungsgemäß aus den Blends zugänglich, so dass bei Einsatz entsprechender Monomere eine gute Bioabbaubarkeit erreicht werden kann. Dies kann insbeson- dere für Müllbeutel, Pflanzbeutel, Agrar- bzw. Mulchfolien usw. vorteilhaft sein. Very thin films are accessible from the blends according to the invention, so that good biodegradability can be achieved when using appropriate monomers. This can be advantageous, in particular, for garbage bags, plant bags, agricultural or mulch films, etc.
Als Polyhydroxyalkanoat können erfindungsgemäß alle geeigneten Polyhydroxyalkanoate eingesetzt werden, wie sie aus der Fachliteratur bekannt sind, z.B. Madison&Huisman, Microbiolo- gy and Molecular Biology Reviews 63(1 ):21 -53 und Sudesh et al., Prog. Polym. Sei. 25:1503- 1555. As polyhydroxyalkanoate, it is possible according to the invention to use all suitable polyhydroxyalkanoates, as known from the specialist literature, e.g. Madison & Huisman, Microbiology and Molecular Biology Reviews 63 (1): 21-53 and Sudesh et al., Prog. Polym. Be. 25: 1503-1555.
Bevorzugte Polyhaydroxyalkanoate sind Poly-(6)-hydroxyhexanoat, Poly-(3)-hydroxyvalerat, Poly-(3)-hydroxybutyrate, Poly-(4)-hydroxybutyrate in Form Homopolymere und/oder deren Copolymere und/oder Mischungen. Besonders bevorzugt ist Poly(3)hydroxybutyrate als Homopo- lymer und/oder Copolymere oder Mischung Poly-(6)-hydroxyhexanoat, Poly-(3)-hydroxyvalerat, Poly-(4)-hydroxybutyrate. Preferred polyhydroxyalkanoates are poly (6) -hydroxyhexanoate, poly (3) -hydroxyvalerate, poly (3) -hydroxybutyrate, poly (4) -hydroxybutyrate in the form of homopolymers and / or their copolymers and / or mixtures. Poly (3) hydroxybutyrate is particularly preferred as homopolymer and / or copolymer or mixture of poly (6) -hydroxyhexanoate, poly (3) -hydroxyvalerate, poly (4) -hydroxybutyrate.
Wenn die Polyhydroxyalkanoate mikrobiologisch hergestellt werden liegen sie häufig nicht als reine Homopolymere vor. Vielmehr liegen die aus Mikroorganismen oder Pflanzen isolierten Polyhydroxyalkanoate als Copolymere und/oder Mischung vor. Für einzelne Anwendungen können die reinen PHA Vorteile aufweisen, für weitere Anwendungen sind die Mischungen bzw. Blends vorteilhafter. Die erfindungsgemäßen Blends, die üblicherweise als Granulat vorliegen, können nach den üblichen Verfahren Spritzguss und Extrusion verarbeitet werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Blends zeigen in Anwendungen als Folien (Flächenprodukten), bevorzugt zur Herstellung von Beschichtugnen, Faltbälge, Formteilen, Fußböden für Gebäude und Transport, Kabel, Kabelstecker, Kabelummantelungen, Kissen, Laminate, non woven Geweben, Dichtungen, Profilen, Riemen, Rollen, Sättel, Schäume, Schläuchen, Schuhsohlen, Schleppkabel, Solarmodule, Verkleidung in Automobilen, Wischerblätter oder Fasern weisen die eingangs dargestellten Vorteile auf. Die Formgebung zu Formkörpern/Teilen und Halbzeu- gen kann auch in direkter Verbindung mit dem Compoundierschritt in Form eines Einstufenprozesses erfolgen, z. B. mit einem Spritzgießcompounder (IMC). Weitere bevorzugte Herstellungsverfahren sind Kalendrieren, Pulversintern, oder Extrusion. When the polyhydroxyalkanoates are made microbiologically they are often not pure homopolymers. Rather, the polyhydroxyalkanoates isolated from microorganisms or plants are present as copolymers and / or mixtures. For individual applications, the pure PHA may have advantages, for further applications the mixtures or blends are more advantageous. The blends of the invention, which are usually present as granules, can be processed by the customary injection molding and extrusion methods. The blends which can be prepared by the process of the invention are used in applications as films (surface products), preferably for the production of coatings, bellows, moldings, building and transportation floors, cables, cable plugs, cable sheathing, cushions, laminates, non-woven fabrics, gaskets, profiles, Belts, rollers, saddles, foams, hoses, shoe soles, trailing cables, solar modules, cladding in automobiles, wiper blades or fibers have the advantages presented above. Shaping into moldings / parts and semifinished products can also be carried out in direct connection with the compounding step in the form of a one-step process, eg. B. with an injection molding compounder (IMC). Further preferred production methods are calendering, powder sintering, or extrusion.
Entsprechende faserverstärkte Compounds bestehen aus den beschriebenen Blends und Fa- sern. Corresponding fiber-reinforced compounds consist of the blends and fibers described.
Damit sind weitere vorteilhafte Eigenschaftsprofile darstellbar. Eine direkte Formgebung (Einstuf enprozess) des faserverstärkten Blends bedingt keinen zusätzlichen thermisch materialschädigenden Verarbeitungsschritt und ist daher bevorzugt. Bevorzugte Fasern sind Glasfasern, Naturfasern (Flachs, Hanf, Baumwolle, Sisal, Bambus, Kenaf, sowie Cellulosefasern usw.). Der Anteil im Blend beträgt vorzugsweise mehr als 1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% bezogen auf die Blendbestandteile Polyhydroxyalkanoat (PHA) und thermoplastisches Polyurethan (TPU).  This further advantageous property profiles can be displayed. Direct shaping (one-stage process) of the fiber-reinforced blend requires no additional processing step which damages the material and is therefore preferred. Preferred fibers are glass fibers, natural fibers (flax, hemp, cotton, sisal, bamboo, kenaf, as well as cellulose fibers, etc.). The proportion in the blend is preferably more than 1 wt .-% to 50 wt .-%, more preferably 5 wt .-% to 30 wt .-% based on the blend constituents polyhydroxyalkanoate (PHA) and thermoplastic polyurethane (TPU).
Beispiele: Examples:
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert. In den nachstehend beschriebenen Beispielen eingesetzte Einzelkomponenten werden mit Komponente Ki bezeichnet, wobei der Buchstabe„i" ein Platzhalter für eine Zahl ist. Beispiel 1 : The invention is further illustrated by the following examples. Individual components used in the Examples described below are designated Component Ki, where the letter "i" is a placeholder for a number.
Komponente K1 : TPU1 Elastollan® B 85 A 15 (BASF Polyurethanes GmbH) Component K1: TPU1 Elastollan ® B 85 A 15 (BASF Polyurethanes GmbH)
Aromatisches Polyester-TPU basierend auf Butandiol-Adipat mit einer zahlenmittleren Molmas- se 2,4 kg/mol, 1 ,4-Butandiol und Methyl-di-Phenyl-di-lsocyanat. Enthaltend Hydrolyseschutzmittel und Verarbeitungshilfsmittel in üblichen Konzentrationen. Das in Granulatform vorliegende TPU wird im Spritzguss zu Testplatten umgeformt und daraus Prüfkörper ausgestanzt. An diesen Prüfkörpern werden die nachfolgenden Merkmale gemessen. Tabelle 1 : Eigenschaften Elastollan® B 85 A 15 Aromatic polyester TPU based on butanediol adipate with a number average molecular weight 2.4 kg / mol, 1, 4-butanediol and methyl-di-phenyl-di-isocyanate. Contains hydrolysis protection and processing aids in usual concentrations. The pelletized TPU is injection molded into test plates and punched out of them. The following characteristics are measured on these test specimens. Table 1: Properties Elastollan ® B 85 A 15
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Die Testplatten wurden gespritzt aus Granulat mit weniger als 0,02 % Wassergehalt. Die Test- platten wurden 20 Stunden bei 100 °C getempert. Die Probekörper wurden aus 2 mm* bzw. 6 mm** starken Testplatten gestanzt. Die Prüfung wurde bei 23 ± 2 °C und 50 ± 6 % rel. Luftfeuchte durchgeführt. Beispiel 2 The test plates were sprayed from granules with less than 0.02% water content. The test plates were annealed at 100 ° C for 20 hours. The specimens were punched from 2 mm * or 6 mm ** test plates. The test was carried out at 23 ± 2 ° C and 50 ± 6% rel. Humidity carried out. Example 2
Komponente K2: Polyhydroxyalkanoat 1 (PHA1 ) Component K2: Polyhydroxyalkanoate 1 (PHA1)
Das gewählte Poly-3-Hydroxybutyrat-co-Hydroxyvalerat (PHBV) ist durch Fermentation von Ralstonia eutropha auf C5- und C6-Zuckern und anschließende Aufreinigung des Polymers aus den Bakterienzellen hergestellt worden. Das gewählte Polyhydroxy-alkanoat ist durch folgende Stoffwerte gekennzeichnet:  The selected poly-3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate (PHBV) has been prepared by fermentation of Ralstonia eutropha on C5 and C6 sugars and subsequent purification of the polymer from the bacterial cells. The selected polyhydroxyalkanoate is characterized by the following properties:
Tabelle 2: Eigenschaften PHBV Table 2: Properties PHBV
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Beispiel 3: Example 3:
Komponente K3: Prepolymerl Component K3: Prepolymerl
Lupranat® MP102; Prepolymer auf Basis 4,4'Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Dipropylengly- kol und einem Polyetherdiol auf Basis Ethylenoxid/Propylenoxid mit Molgewicht 450 g/mol. Das Prepolymer ist bei Raumtemperatur flüssig dosierbar. Lupranat® ® MP102; Prepolymer based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), dipropylene glycol, and a polyether based on ethylene oxide / propylene oxide having molecular weight 450 g / mol. The prepolymer can be metered in liquid at room temperature.
NCO - Gehalt: 23,0 % NCO content: 23.0%
Viskosität bei 25°C 650 mPa*s nach DIN 53018 Viscosity at 25 ° C 650 mPa * s according to DIN 53018
Dichte bei 25°C 1 ,21 nach DIN 51757  Density at 25 ° C 1, 21 according to DIN 51757
Beispiel 4: Example 4:
Compoundierverfahren 1 zur Generierung der erfindungsgemäßen PHA/TPU-Blends. Compounding process 1 for generating the PHA / TPU blends according to the invention.
Die in den Beispielen 1 bis 3 aufbereiteten und charakterisierten PHA/TPU-Blends wurden mittels eines gleichsinnig drehenden Zweischneckenextruders, Typ Coperion ZSK 25- L/D=40, Hersteller: Werner & Pfleiderer generiert. Das Compoundieraggregat wurde bei allen Aufberei- tungsprozeduren mit einer Schneckendrehzahl von n=100 min-1 und einem Gesamtmassedurchsatz von m = 5,0 kg/h betrieben. Das Temperaturprogramm entlang der Extruderachse ist auch Figur 1 entnehmbar. Die eingestellten Zylindertemperaturen für die Zonen 1 bis 10 lauten: 180°, 200°, 200°, 200°, 200°, 180°, 180°, 180°, 180°, 180°C. In die Speiseöffnung des Zweischneckenextruders werden gravimetrisch dosiert der jeweilige TPU-Typ (K1 oder K2 oder K3) sowie das jeweilige Additiv (K6) oder das modifizierte MDI (K5) eingebracht. In den Extruderzonen 2 bis 5 erfolgt die TPU-Modifikation. In die Zuspeiseöffnung der Zone 6 wird das PHA-Granulat (K4) zudosiert. In den Folgezonen erfolgt die PHA- Plastifizierung, eine intensive Komponentenvermischung sowie die Kopplungsreaktion zur kova- lenten Phasenverknüpfung. Die austretenden Compoundstränge werden abgekühlt und an- schließend granuliert. The PHA / TPU blends prepared and characterized in Examples 1 to 3 were generated by means of a co-rotating twin-screw extruder, type Coperion ZSK 25-L / D = 40, manufacturer: Werner & Pfleiderer. The compounding was performed on all Aufberei- processing procedures = operated 5.0 kg / h with a screw speed of n = 100 min-1 and a total mass flow rate of m. The temperature program along the extruder axis can also be taken from FIG. The cylinder temperatures set for zones 1 to 10 are: 180 °, 200 °, 200 °, 200 °, 200 °, 180 °, 180 °, 180 °, 180 °, 180 ° C. In the feed opening of the twin-screw extruder, the respective TPU type (K1 or K2 or K3) and the respective additive (K6) or the modified MDI (K5) are gravimetrically metered. brought in. In the extruder zones 2 to 5, the TPU modification takes place. The PHA granulate (K4) is metered into the feed opening of zone 6. In the subsequent zones, PHA plasticization, intensive component mixing and the coupling reaction to the covalent phase linkage occur. The emerging compound strands are cooled and then granulated.
Beispiel 5 Example 5
Prüfkörperherstellung Test Specimens
Zugstäbe gemäß DIN-EN-ISO 527-2 sowie Prüfkörper zur Bestimmung der Kerbschlagzähigkeit gemäß DIN-EN-ISO 179-1 wurden in einem Werkzeug durch Spritzgießen erzeugt. Dafür stand eine Schneckenkolben-Spritzgieß-Maschine, Typ Arburg 220 M 350-90 zur Verfügung. Die Maschinen- und Prozessparameter stellen sich wie folgt dar: Tension rods according to DIN-EN-ISO 527-2 and test specimens for determining the notch impact strength according to DIN-EN-ISO 179-1 were produced in a mold by injection molding. For this purpose, a screw-piston injection molding machine type Arburg 220 M 350-90 was available. The machine and process parameters are as follows:
- maximale Schließkraft = 220 kN  - maximum closing force = 220 kN
- Schneckengeometrie: D = 20 mm, L/D = 25 (Dreizonenschnecke)  - screw geometry: D = 20 mm, L / D = 25 (three-zone screw)
Gangtiefenverhältnis 2:1  Flight depth ratio 2: 1
- Temperaturprofil Arburg 220M; konstant 180 °C  - Temperature profile Arburg 220M; constant 180 ° C
Werkzeugtemperatur 30 °C  Tool temperature 30 ° C
Beispiel 6 Prüfprozedur Example 6 Test procedure
Alle Zugversuche wurden gemäß DIN 53 504 mit einer Prüfgeschwindigkeit von 20 mm/min durchgeführt.  All tensile tests were carried out in accordance with DIN 53 504 at a test speed of 20 mm / min.
Der Prüfkörper zur Bestimmung der Kerbschlagzähigkeit weist die folgenden Abmessungen auf:  The test specimen for determining the notched impact strength has the following dimensions:
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Beispiel 7 Example 7
Charakterisierung des Blends 1 : Characterization of Blend 1:
PHA1 mit TPU1 , hergestellt nach Verfahren 1. Das Basiskomponentenverhältnis beträgt 70% PHA1 und 30% TPU1 . Tab. 3 enthält die ermittelten mechanischen Kennwerte. Tabelle 3: Mechanische Kennwerte der PHA1/TPU1 -Blends PHA1 with TPU1 prepared by method 1. The base component ratio is 70% PHA1 and 30% TPU1. Tab. 3 contains the determined mechanical characteristics. Table 3: Mechanical characteristics of the PHA1 / TPU1 blends
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Beispiel 8 Example 8
Charakterisierung des Blends 2: Characterization of Blend 2:
PHA1 mit TPU1 unter Zugabe von 5% Prepolymerl (K3), hergestellt nach Verfahren 1 . Das Basiskomponentenverhältnis beträgt 70% PHA1 und 30% TPU1 . Tab. 4 enthält die ermittelten mechanischen Kennwerte. Tabelle 4: Mechanische Kennwerte der PHA1/TPU1 -Blends mit 5% Prepolymerl  PHA1 with TPU1 with the addition of 5% prepolymer (K3) prepared according to method 1. The base component ratio is 70% PHA1 and 30% TPU1. Tab. 4 contains the determined mechanical characteristics. Table 4: Mechanical characteristics of the PHA1 / TPU1 blends with 5% prepolymer
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Beispiel 9 Aus den Tabellen 2 bis 4 geht die Steigerung der Zugfestigkeit, der Bruchdehnung und derExample 9 Tables 2 to 4 show the increase in tensile strength, elongation at break and elongation at break
Kerbschlagzähigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Vicat-Erweichungstemperatur deutlich hervor. Weiterhin zeigt sich ein verbessertes Eigenschaftsprofil bei Zusatz des Prepolymer 1 im Blendprozess. Die gestellte Aufgabe wird damit vollumfänglich gelöst. Notched impact strength with simultaneous improvement of the Vicat softening temperature clearly. Furthermore, there is an improved property profile with the addition of the prepolymer 1 in the blend process. The task is completely solved.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Herstellung von Blends aus mindestens einem Polyhydroxyalkanoat (PHA) und mindestens einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) als Hauptkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Blends mindestens ein Diisocya- nat oder ein Isocyanat-Präpolymer, das zwei Isocyanatgruppen aufweist, oder ein Gemisch davon zugegeben wird. 1 . A process for the preparation of blends of at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) and at least one thermoplastic polyurethane (TPU) as main components, characterized in that at least one diisocyanate or an isocyanate prepolymer having two isocyanate groups, or a Mixture thereof is added.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein thermoplasti- sches Polyurethan (TPU) einen höheren Schmelzpunkt als mindestens ein Polyhydroxyalkanoat (PHA) hat. 2. The method according to claim 1, characterized in that at least one thermoplastic polyurethane (TPU) has a higher melting point than at least one polyhydroxyalkanoate (PHA).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blend in folgenden Schritten hergestellt wird: 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the blend is prepared in the following steps:
A) Umsetzung des mindestens einen thermoplastischen Polyurethans mit dem mindestens einen Diisocyanat oder dem Isocyanat - Prepolymer, das zwei Isocyanatgruppen aufweist, oder einem Gemische davon, in der Schmelze, B) Einbringen mindestens eines Polyhydroxyalkanoats (PHA) in die Schmelze des Produktes des Schrittes A) und Umsetzung des Produktes des Schrittes A) mit dem Polyhydroxyalkanoat (PHA). A) reacting the at least one thermoplastic polyurethane with the at least one diisocyanate or the isocyanate prepolymer having two isocyanate groups, or a mixture thereof, in the melt, B) introducing at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) into the melt of the product of step A. ) and reaction of the product of step A) with the polyhydroxyalkanoate (PHA).
4. Verfahren nach dem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der 4. Method according to the preceding claim, characterized in that the
Schritt B) unter der Zersetzungstemperatur des Polyhydroxyalkanoats (PHA) durchgeführt wird.  Step B) is carried out below the decomposition temperature of the polyhydroxyalkanoate (PHA).
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt in dem Blend kleiner als 0,1 Gew. % ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the water content in the blend is less than 0.1 wt.%.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in keinem der Schritte Polyol zugesetzt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in any of the steps polyol is added.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der An- teil des Polyhydroxyalkanoats (PHA) im Gemisch des Schrittes B) 50 Gew.-% bis7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the proportion of polyhydroxyalkanoate (PHA) in the mixture of step B) 50 wt .-% to
97 Gew.-% beträgt. 97 wt .-% is.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in
Schritt A), bezogen auf das Produkt des Schrittes A), 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% des Diiso- cyanats oder des Isocyanat-Prepolymers, das mindestens 2 Isocyanatgruppen aufweist, oder eines Gemisches davon eingebracht werden. Step A), based on the product of step A), 1 wt .-% to 25 wt .-% of the diisocyanate or the isocyanate prepolymer having at least 2 isocyanate groups, or a mixture thereof are introduced.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Isocyanatgruppen im Produkt der Stufe A) 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 Gew.-% bis 3 Gew.-% beträgt. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the proportion of isocyanate groups in the product of step A) 0.1 wt .-% to 5 wt .-%, preferably 0.3 wt .-% to 3 wt. % is.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung kontinuierlich als Reaktionsextrusion in einem Extruder durchgeführt wird, wobei das thermoplastische Polyurethan und das Diisocyanat oder das Isocyanat-Prepolymer, das mindestens zwei Isocyanatgruppen aufweist, oder ein Gemisch davon in der Eingangszone des Extruders zugesetzt werden und das Polyhydroxyalkanoat in einer stromabwärts gelegenen Zone des Extruders zugesetzt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reaction is carried out continuously as reaction extrusion in an extruder, wherein the thermoplastic polyurethane and the diisocyanate or the isocyanate prepolymer having at least two isocyanate groups, or a mixture thereof in the input zone are added to the extruder and the polyhydroxyalkanoate is added in a downstream zone of the extruder.
1 1 . Blend aus mindestens einem Polyhydroxyalkanoat (PHA) und mindestens einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), dadurch gekennzeichnet, dass er nach einem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche herstellbar ist. 1 1. Blend of at least one polyhydroxyalkanoate (PHA) and at least one thermoplastic polyurethane (TPU), characterized in that it can be produced by a process according to one of the preceding claims.
12. Blend nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich Fasern enthält. 12. blend according to claim 1 1, characterized in that it additionally contains fibers.
13. Verwendung eines Blends nach Anspruch 1 1 oder 12 zur Herstellung von Flächenprodukten oder Formkörpern. 13. Use of a blend according to claim 1 1 or 12 for the production of surface products or moldings.
14. Flächenprodukte oder Formkörper hergestellt aus einem Blend gemäß Anspruch 1 1 14. Surface products or molded articles produced from a blend according to claim 11
oder 12.  or 12.
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