WO2014001119A1 - Method for producing expandable granulates containing polylactic acid - Google Patents

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WO2014001119A1
WO2014001119A1 PCT/EP2013/062507 EP2013062507W WO2014001119A1 WO 2014001119 A1 WO2014001119 A1 WO 2014001119A1 EP 2013062507 W EP2013062507 W EP 2013062507W WO 2014001119 A1 WO2014001119 A1 WO 2014001119A1
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aliphatic
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Jerome LOHMANN
Bangaru Dharmapuri Sriramulu Sampath
Peter Gutmann
Andreas KÜNKEL
Klaus Hahn
Andreas Füssl
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Basf Se
Basf Schweiz Ag
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Definitions

  • the polylactic acid-containing mixture consists of i) 65 to 95 wt .-%, particularly preferably 70 to 90 wt .-% based on the total weight of components i to iv, polylactic acid, ii) 1 to 38 wt .-%, in particular From 10 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) 0 to 30% by weight, particularly preferably 5 to 20% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyester based on aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds or on polyalkylene succinate-co-terephthalate, iv) 0.1 to 2 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1 wt .-% based on the total weight of components i to iv, of an epoxide group-containing copolymer based on styren
  • aliphatic dicarboxylic acids are preferably succinic acid, adipic acid and particularly preferably sebacic acid.
  • Succinic and sebacic acid-containing polyesters have the advantage that they are also available as a renewable raw material.
  • An embodiment of the nozzle plate has bores with conical inlet and an inlet angle ⁇ less than 180 °, preferably in the range of 30 to 120 °.
  • the nozzle plate has bores with a conical outlet and an outlet angle ⁇ of less than 90 °, preferably in the range of 15 to 45 °.
  • the nozzle plate can be provided with bores of different exit diameters. be equipped knife (D). The various embodiments of the nozzle geometry can also be combined.
  • the expandable granules according to the invention can be prefoamed in a first step by means of hot air or steam to foam particles having a density in the range of 8 to 100 kg / m 3 and welded in a second step in a closed mold to particle moldings.
  • the melt was conveyed at a rate of 4.5 kg / h through a die plate having a bore (diameter 0.65 mm).
  • pressurized (15 bar) underwater granulation compact (annukliere / vorukleator) granules were made with a narrow size distribution.
  • the average particle size was 1.4 mm and the expandable granules had a density of 695 kg / m 3 .

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Abstract

The invention relates to a method for producing expandable granulates containing polylactic acid, comprising the steps: a) melting and mixing the components i) 61.9 to 98.9% w/w, in relation to the total weight of components i to iv, of polylactic acid, ii) 1 to 38% w/w, in relation to the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) 0 to 30% w/w, in relation to the total weight of components i to iv, of at least one polyester based on aliphatic and/or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds, iv) 0.1 to 2% w/w, in relation to the total weight of components i to iv, of a copolymer containing epoxide groups based on styrene, acrylic ester and/or methacrylic ester, and v) 0 to 10% w/w, in relation to the total weight of components i to v, of one or a more additives; b) mixing vi) 3 to 7% w/w, in relation to the total weight of components i to v, of an organic expanding agent into the polymer melt using a static or dynamic mixer at a temperature of at least 140°C; c) discharging the melt through a nozzle plate with bores, the diameter of which at the exit from the nozzle is no greater than 1.5 mm; and d) granulating the melt containing the expanding agent directly downstream of the nozzle plate under water at a pressure ranging from 1 to 30 bar.

Description

Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Polymilchsäurehaltigen Granulaten  Process for the preparation of expandable polylactic acid containing granules
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granulaten, umfassend die Schritte: a) Aufschmelzen und Einmischen der Komponenten i) 61 ,9 bis 98,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Polymilchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, bezo- gen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydroxyal- kanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Dicar- bonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines Epoxidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester und v) 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines oder mehrerer Additive, b) Einmischen vi) 3 bis 7 Gew.-% bezogen auf die Komponenten i bis v) eines organischen Treibmittels in die Polymerschmelze mittels eines statischen oder dynamischen Mischers bei einer Temperatur von mindestens 140°C, c) Austrag durch eine Düsenplatte mit Bohrungen, deren Durchmesser am Düsenaustritt höchstens 1 ,5 mm beträgt und d) Granulieren der treibmittelhaltigen Schmelze direkt hinter der Düsenplatte unter Wasser bei einem Druck im Bereich von 1 bis 30 bar. The invention relates to a process for the preparation of expandable polylactic acid-containing granules, comprising the steps of: a) melting and mixing in the components i) 61, 9 to 98.9% by weight, based on the total weight of components i to iv, Polylactic acid, ii) from 1 to 38% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) from 0 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, at least one polyester based on aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds; iv) from 0.1 to 2% by weight, based on the total weight of components i to iv, of an epoxide group-containing copolymer based on styrene, acrylic ester and / or methacrylic ester and v) 0 to 10% by weight, based on the Total weight of components i to v, one or more additives, b) mixing vi) 3 to 7 wt .-% based on the components i to v) of an organic blowing agent in the polymer melt by means of a static or dynamic mixer at a temperature of at least 140 ° C, c) discharge through a nozzle plate with holes whose diameter at the nozzle outlet is at most 1.5 mm and d) granulating the blowing agent-containing melt directly behind the nozzle plate under water at a pressure in the range of 1 to 30 bar.
Weiterhin betrifft die Erfindung expandierbare Polymilchsäure-haltige Granulate erhältlich nach diesem Verfahren sowie spezielle expandierbare Polymilchsäure-haltige Granulate mit einem Anteil von 3 bis 7 Gew.-% eines organischen Treibmittels vorzugsweise iso-Pentan. Weiterhin betrifft die Erfindung ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von treibmittelhaltigen, expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granulaten durch Unterwassergranulierung bei tiefen Temperaturen bzw. unter Verwendung eines inerten Co-Treibmittels. Schließlich betrifft die Erfindung treibmittelhaltige (expandierbare) Granulate, die mittels der obengenannten Verfahren zugänglich sind. Furthermore, the invention relates to expandable polylactic acid-containing granules obtainable by this process and special expandable polylactic acid-containing granules with a proportion of 3 to 7 wt .-% of an organic blowing agent, preferably iso-pentane. Furthermore, the invention relates to a preferred process for the preparation of propellant-containing, expandable polylactic acid-containing granules by underwater granulation at low temperatures or using an inert co-propellant. Finally, the invention relates to blowing agent-containing (expandable) granules which are accessible by means of the abovementioned processes.
Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Granulaten, die neben Polymilchsäure einen aliphatisch-aromatischen Polyester enthalten, sind aus WO 01/012706 und WO 201 1/086030 bekannt. Diese Granulate können jedoch hinsichtlich des Abbaus unter anaeroben Bedingun- gen nicht immer voll befriedigen. Processes for the production of expandable granules which, in addition to polylactic acid, contain an aliphatic-aromatic polyester are known from WO 01/012706 and WO 201 1/086030. However, these granules can not always be fully satisfactory in terms of degradation under anaerobic conditions.
Expandierbare Polymilchsäure-haltige Granulate, die Polyhydroxyalkanoate (Komponente ii) enthalten, sind in der Literatur nicht beschrieben. Aus EP 2168993 sind lediglich expandierte Partikelschäume bekannt, allerdings auf Basis von Compounds, die ca. 70 bis 80 Gew.-% Poly- hydroxyalkanoat und lediglich 20 bis 30 Gew.%-Polymilchsäure enthalten. Um Partikelschäume mit akzeptablen Dichten zu erhalten, müssen den Compounds vor dem Schäumprozess mehrere Prozent einer Polyurethanverbindung zugegeben werden, was sich wiederum negativ auf die biologische Abbaubarkeit auswirkt. Außerdem lässt sich bei diesem Verfahren das vorzeitige Aufschäumen der Granulate nicht vermeiden. Expandable polylactic acid-containing granules containing polyhydroxyalkanoates (component ii) are not described in the literature. From EP 2168993 are only expanded Particle foams known, but based on compounds containing about 70 to 80 wt .-% polyhydroxyalkanoate and only 20 to 30 wt.% - Polylactic acid. In order to obtain particle foams with acceptable densities, several percent of a polyurethane compound must be added to the compounds before the foaming process, which in turn has a negative effect on the biodegradability. In addition, premature frothing of the granules can not be avoided in this process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein einfaches, prozessfähiges Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granulaten die unter anäroben wie äro- ben Bedingungen hervorragend abbauen bereitzustellen. The object of the present invention was to provide a simple, process-capable process for the preparation of expandable polylactic acid-containing granules which decompose excellently under anaerobic conditions such as in a dry environment.
Demgemäß wurde das eingangs beschriebene Verfahren gefunden. Accordingly, the method described above was found.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben. The process according to the invention is described in more detail below.
Die Polymilchsäure-haltige Mischung, die in Stufe a) eingesetzt wird, besteht in der Regel aus: i) 61 ,9 bis 98,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Poly- milchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydroxyalkanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-% .-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindes- tens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines Epo- xidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäu- reester, und v) 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines oder mehrerer Additive. The polylactic acid-containing mixture used in step a) generally consists of: i) 61, 9 to 98.9% by weight, based on the total weight of components i to iv, of polylactic acid, ii) From 1 to 38% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) from 0 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyester based on aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds; iv) 0.1 to 2% by weight, based on the total weight of components i to iv, of an epoxy group-containing copolymer based on styrene, acrylic ester and / or methacrylic acid ester, and v) 0 to 10% by weight. %, based on the total weight of components i to v, of one or more additives.
Vorzugsweise besteht die Polymilchsäure-haltige Mischung aus i) 65 bis 95 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 70 bis 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Polymilchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, insbesondere 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydroxyalkanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen oder aus Polyalkylensuccinat- co-terephthalat, iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines Epoxidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester, und v) 0.1 bis 2 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines Nukle- ierungsmittels. Preferably, the polylactic acid-containing mixture consists of i) 65 to 95 wt .-%, particularly preferably 70 to 90 wt .-% based on the total weight of components i to iv, polylactic acid, ii) 1 to 38 wt .-%, in particular From 10 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) 0 to 30% by weight, particularly preferably 5 to 20% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyester based on aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds or on polyalkylene succinate-co-terephthalate, iv) 0.1 to 2 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1 wt .-% based on the total weight of components i to iv, of an epoxide group-containing copolymer based on styrene, acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester, and v) 0.1 up to 2% by weight, based on the total weight of components i to v, of a nucleating agent.
Als Komponente i) wird Polymilchsäure mit dem folgenden Eigenschaftsprofil bevorzugt einge- setzt: As component i), polylactic acid having the following property profile is preferably used:
• einer Schmelzvolumenrate (MVR bei 190° C und 2.16 kg nach ISO 1 133) von 0.5 bis 15 bevorzugt 1 bis 9, besonders bevorzugt 5 bis 8 ml/10 Minuten A melt volume rate (MVR at 190 ° C. and 2.16 kg according to ISO 1133) of from 0.5 to 15, preferably from 1 to 9, particularly preferably from 5 to 8 ml / 10 minutes
• einem Schmelzpunkt unter 180° C;  • a melting point below 180 ° C;
· einem Glaspunkt (Tg) größer 40°C  · A glass point (Tg) greater than 40 ° C
• einem Wassergehalt von kleiner 1000 ppm  • a water content of less than 1000 ppm
• einem Monomeren-Restgehalt (Lactid) von kleiner 0,3%.  • a residual monomer content (lactide) of less than 0.3%.
• einem Molekulargewicht von größer 50 000 Dalton. Bevorzugte Polymilchsäuren sind beispielsweise von NatureWorks® das Ingeo® 2002 D, 4032 D, 4042 D und 4043 D, 8251 D, 3251 D und insbesondere 8051 D sowie 8052D. NatureWorks 8051 D und 8052 D sind Polymilchsäuren der Fa. NatureWorks, mit den folgenden Produkteigenschaften: Tg: 65,3°C, Tm: 153,9°C, MVR: 6,9 [ml/10 Minuten], Mw:186000, Mn:107000. Weiterhin weisen diese Produkte eine etwas höhere Säurezahl auf. • a molecular weight greater than 50,000 daltons. Examples of preferred polylactic acids of NatureWorks® are Ingeo® 2002 D, 4032 D, 4042 D and 4043 D, 8251 D, 3251 D and in particular 8051 D and 8052D. NatureWorks 8051D and 8052D are polylactic acids from NatureWorks, with the following product properties: Tg: 65.3 ° C, Tm: 153.9 ° C, MVR: 6.9 [ml / 10 minutes], M w : 186000 , Mn: 107000. Furthermore, these products have a slightly higher acid number.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen expandierbaren Granulate haben sich insbesondere Polymilchsäuren mit einer MVR nach ISO 1 133 [190°C/2,16 kg] von 5 bis 8 ml/10 Minuten als vorteilhaft erweisen. Insbesondere geeignet sind Polymilchsäuren, die den o.g. MVR-Bereich aufweisen und/oder eine Onset-Temperatur bei der Kaltkristallisation im Bereich von 80°C bis 125°C, bevorzugt bei 90°C bis 1 15°C und insbesondere bevorzugt bei 95°C bis 105°C, gemessen mittels DSC (diffe- rential scanning calorimetry) bei einer Heizrate von 20K/min, aufweisen (Meßbereich -60°C bis 220°C; Mettler DSC 30 mit einem TC15/TA Controller, Mettler-Toledo AG). For the production of the expandable granules according to the invention, in particular polylactic acids having an MVR according to ISO 1 133 [190 ° C./2.16 kg] of 5 to 8 ml / 10 minutes have proven to be advantageous. Particularly suitable are polylactic acids, the o.g. Have MVR range and / or an onset temperature in the cold crystallization in the range of 80 ° C to 125 ° C, preferably at 90 ° C to 1 15 ° C and particularly preferably at 95 ° C to 105 ° C, measured by DSC (differential scanning calorimetry) at a heating rate of 20K / min (measuring range -60 ° C to 220 ° C; Mettler DSC 30 with a TC15 / TA controller, Mettler-Toledo AG).
Es wurde gefunden, dass die meisten am Markt erhältlichen Polymilchsäuretypen unter den zuvor genannten Bedingungen eine Onset-Temperatur bei der Kaltkristallisation von unter 80°C aufweisen. Eine Gegenüberstellung der Polymilchsäure (PLA)-Typen NatureWorks® 8051 D, 8052D und 4042D soll das unterschiedliche Kristallisationsverhalten der daraus hergestellten Granulate verdeutlichen (s. Tabelle). Die Tabelle zeigt DSC-Messungen von expandierbaren Granulaten zweier PLA-Typen, die jeweils mit 0,3 Gew.- %Talkum nukleiert worden und mit 5,7 Gew.-% n-Pentan als Treibmittel beladen waren. It was found that most of the polylactic acid types available on the market under the conditions mentioned above an onset temperature in the cold crystallization of below 80 ° C. exhibit. A comparison of the polylactic acid (PLA) types NatureWorks® 8051 D, 8052D and 4042D is intended to clarify the different crystallisation behavior of the granulates produced therefrom (see table). The table shows DSC measurements of expandable granules of two types of PLA, each nucleated with 0.3% by weight of talc and loaded with 5.7% by weight of n-pentane propellant.
Tabelle: DSC-Daten bei einer Heizrate von 20K/min (Messbereich -60°C bis 220°C) Table: DSC data at a heating rate of 20K / min (measuring range -60 ° C to 220 ° C)
Figure imgf000005_0001
Die expandierbaren Granulate weisen nach der Herstellung in der Regel einen kristallinen Anteil von nur wenigen Prozent auf; sie sind also überwiegend amorph. Eine erhöhte Onset-Tempera- tur bei der Kaltkristallisation im Bereich von 80°C bis 125°C, bevorzugt bei 90°C bis 1 15°C und insbesondere bevorzugt bei 95°C bis 105°C begünstigt ein Aufschäumen mit Wasserdampf. Kristallisierneigung und Aufschäumverhalten der expandierbaren Granulate sind bei PLA-Typen wie NatureWorks® 8051 D, 8052D optimal aufeinander abgestimmt.
Figure imgf000005_0001
The expandable granules generally have a crystalline content of only a few percent after preparation; So they are mostly amorphous. An increased onset temperature in the cold crystallization in the range of 80 ° C to 125 ° C, preferably at 90 ° C to 1 15 ° C and particularly preferably at 95 ° C to 105 ° C favors a foaming with water vapor. Crystallization and foaming behavior of the expandable granules are optimally matched to each other in PLA types such as NatureWorks® 8051 D, 8052D.
Unter Polyhydroxyalkanoaten (Komponente ii) werden in erster Linie Poly-4-hydroxybutyrate und Poly-3-hydroxybutyrate und Copolyester der vorgenannten Poly-hydroxybutyrate mit 3- Hydroxyvalerat, 3-Hydroxyhexanoat und/oder 3-Hydroxyoctanoat verstanden. Poly-3-hydroxy- butyrate werden beispielsweise von der Fa. PHB Industrial unter dem Markennamen Biocycle® und von der Fa. Tianan unter dem Namen Enmat® vertrieben. Polyhydroxyalkanoates (component ii) are understood as meaning primarily poly-4-hydroxybutyrates and poly-3-hydroxybutyrates and copolyesters of the abovementioned polyhydroxybutyrates with 3-hydroxyvalerate, 3-hydroxyhexanoate and / or 3-hydroxyoctanoate. Poly-3-hydroxybutyrates are sold, for example, by PHB Industrial under the brand name Biocycle® and by Tianan under the name Enmat®.
Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate sind insbesondere von der Fa. Metabolix bekannt. Sie werden unter dem Handelsnamen Mirel® vertrieben. Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrates are known in particular from Metabolix. They are sold under the trade name Mirel®.
Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate sind beispielsweise von der Fa. Kaneka bekannt. Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate weisen in der Regel einen Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoates are known, for example, from the company Kaneka. Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoates generally have one
3-Hydroxyhexanoatanteil von 1 bis 20 und vorzugsweise von 3 bis 15 mol% bezogen auf die Komponente ii auf. Insbesondere bevorzugt ist ein 3-Hydroxyhexanoatanteil von 10 bis 13 mol %. Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate sind für die erfindungsgemäßen Partikelschäume besonders bevorzugt. 3-Hydroxyhexanoatanteil of 1 to 20 and preferably from 3 to 15 mol% based on the component ii. Particularly preferred is a 3-hydroxyhexanoate content of 10 to 13 mol%. Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoates are particularly preferred for the particle foams of the invention.
Die Polyhydroxyalkanoate weisen in der Regel ein Molekulargewicht Mw von 100.000 bis 1 .000.000 und vorzugsweise von 300.000 bis 600.000 auf. The polyhydroxyalkanoates generally have a molecular weight Mw of from 100,000 to 1,000,000, and preferably from 300,000 to 600,000.
Als Komponente iii sind aliphatische oder teilaromatische (aliphatisch-aromatische) Polyester zu verstehen. Als Komponente iii) sind wie erwähnt rein aliphatische Polyester geeignet. Unter aliphatischen Polyestern werden Polyester aus aliphatischen C2-Ci2-Alkandiolen und aliphatischen C4-C36- Alkandicarbonsäuren wie Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylenadipat (PBA), Polybutylen- succinatadipat (PBSA), Polybutylensuccinatsebacat (PBSSe), Polybutylensebacatadipat (PBSeA), Polybutylensebacat (PBSe) oder entsprechende Polyesteramide verstanden. Die aliphatischen Polyester werden von den Firmen Showa Highpolymers unter dem Namen Bionolle und von Mitsubishi unter dem Namen GSPIa vermarktet. Neuere Entwicklungen sind in der WO 2010/03471 1 beschrieben. As component iii are aliphatic or partially aromatic (aliphatic-aromatic) to understand polyester. As component iii), as mentioned, purely aliphatic polyesters are suitable. Among aliphatic polyesters are polyesters of aliphatic C 2 -C 12 -alkanediols and aliphatic C 4 -C 36 -alkanedicarboxylic acids such as polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate (PBA), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe), polybutylene sebacate adipate (PBSeA), polybutylene sebacate (PBSe ) or corresponding polyesteramides understood. The aliphatic polyesters are marketed by Showa Highpolymers under the name Bionolle and by Mitsubishi under the name GSPIa. More recent developments are described in WO 2010/03471 1.
Die aliphatischen Polyester weisen in der Regel Viskositätszahlen nach DIN 53728 von 150 bis 320 cm3/g und vorzugsweise 150 bis 250 cm3/g auf. The aliphatic polyesters generally have viscosity numbers according to DIN 53728 of 150 to 320 cm 3 / g and preferably 150 to 250 cm 3 / g.
Der MVR (Schmelzvolumenrate) nach EN ISO 1 133 (190°C, 2,16 kg Gewicht) liegt im Allge- meinen bei 0,1 bis 70, bevorzugt bei 0,8 bis 70 und insbesondere bei 1 bis 60 cm3/10 min. MVR (melt volume rate) according to EN ISO 1133 (190 ° C, 2.16 kg weight) in general mean is 0.1 to 70, preferably from 0.8 to 70 and in particular from 1 to 60 cm 3/10 minute
Die Säurezahlen nach DIN EN 12634 liegen im Allgemeinen bei 0,01 bis 1 ,2 mg KOH/g, vorzugsweise bei 0,01 bis 1 ,0 mg KOH/g und insbesondere bevorzugt bei 0,01 bis 0,7 mg KOH/g. Teilaromatische Polyester, die ebenfalls als Komponenet iii) geeignet sind, bestehen aus aliphatischen Diolen und aliphatischen sowie aromatischen Dicarbonsäuren. Zu den geeigneten teilaromatischen Polyestern gehören lineare nicht kettenverlängerte Polyester (WO 92/09654). Insbesondere sind aliphatisch/aromatische Polyester aus Butandiol, Terephthalsäure und aliphatischen C4-Ci8-Dicarbonsäuren wie Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebazinsäure und Brassylsäure (beispielsweise wie in WO 2006/097353 bis 56 beschrieben) geeignete Mischungspartner. Bevorzugt werden kettenverlängerte und/oder verzweigte teilaromatische Polyester als Komponente iii eingesetzt. Letztere sind aus den eingangs genannten Schriften WO 96/15173 bis 15176, 21689 bis 21692, 25446, 25448 oder der WO 98/12242, bekannt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Mischungen unterschied- licher teilaromatischer Polyester kommen ebenso in Betracht. The acid numbers according to DIN EN 12634 are generally from 0.01 to 1.2 mg KOH / g, preferably from 0.01 to 1.0 mg KOH / g and particularly preferably from 0.01 to 0.7 mg KOH / g , Partaromatic polyesters which are also suitable as component iii) consist of aliphatic diols and aliphatic and aromatic dicarboxylic acids. Suitable partially aromatic polyesters include linear non-chain extended polyesters (WO 92/09654). In particular, aliphatic / aromatic polyesters of butanediol, terephthalic acid and aliphatic C4-C8 dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and brassylic acid (for example as described in WO 2006/097353 to 56) are suitable mixing partners. Chain-extended and / or branched partially aromatic polyesters are preferably used as component iii. The latter are known from the aforementioned documents WO 96/15173 to 15176, 21689 to 21692, 25446, 25448 or WO 98/12242, to which reference is expressly made. Mixtures of different partly aromatic polyesters are also possible.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Partikelschäumen sind insbesondere biologisch abbaubare, aliphatisch-aromatischer Polyester iii geeignet, die enthalten: a) 40 bis 70 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, eines oder mehrerer Dicarbon- säurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure; b) 60 bis 30 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, eines Terephthalsäurederivats; c) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, eines C2-C8-Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols; d) 0,00 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten a bis c, eines Kettenverlängerers und/oder Vernetzers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem di oder polyfunktionellen Isocyanat, Isocyanurat, Oxazolin, Epoxid, Peroxid, Carbon- saureanhydrid und/oder einem mindestens trifunktionellen Alkohol oder einer mindestens trifunktionellen Carbonsäure; geeignet. Bevorzugt eingesetzte aliphatisch-aromatische Polyester iii enthalten: a) 50 bis 65 und insbesondere 58 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, eines oder mehrerer Dicarbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bernsteinsäure, Azelainsäure, Brassylsäure und vorzugsweise Adipinsäure, insbesondere bevorzugt Sebazinsäure; b) 50 bis 35 und insbesondere 42 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, eines Terephthalsäurederivats; c) 98 bis102 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, 1 ,4-Butandiol und d) 0 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0, 01 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten a bis c, eines Kettenverlängerers und/oder Vernetzers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem polyfunktionellen Isocyanat , Isocyanurat, Oxazolin, Car- bonsäureanhydrid wie Maleinsäureanhydrid, Epoxid (insbesondere eines epoxidhaltigenBiodegradable, aliphatic-aromatic polyesters iii which contain a) from 40 to 70 mol%, based on the components a to b, of one or more dicarboxylic acid derivatives or dicarboxylic acids selected from among the following are suitable for the process according to the invention for producing particle foams Group consisting of: succinic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid and brassylic acid; b) 60 to 30 mol%, based on components a to b, of a terephthalic acid derivative; c) 98 to 102 mol%, based on the components a to b, of a C2-C8-alkylenediol or C2-C6-oxyalkylenediol; d) 0.00 to 2 wt .-%, based on the total weight of components a to c, of a chain extender and / or crosslinker selected from the group consisting of: a di or polyfunctional isocyanate, isocyanurate, oxazoline, epoxy, peroxide, carbon acid anhydride and / or an at least trifunctional alcohol or an at least trifunctional carboxylic acid; suitable. Preferably used aliphatic-aromatic polyesters iii contain: a) 50 to 65 and in particular 58 mol%, based on components a to b, of one or more dicarboxylic acid derivatives or dicarboxylic acids selected from the group consisting of succinic acid, azelaic acid, brassylic acid and preferably adipic acid, in particular preferably sebacic acid; b) 50 to 35 and in particular 42 mol%, based on components a to b, of a terephthalic acid derivative; c) 98 to 102 mol%, based on the components a to b, 1, 4-butanediol and d) 0 to 2 wt .-%, preferably 0, 01 to 2 wt .-%, based on the total weight of components a to c, a chain extender and / or crosslinker selected from the group consisting of: a polyfunctional isocyanate, isocyanurate, oxazoline, carboxylic acid anhydride such as maleic anhydride, epoxide (in particular an epoxide-containing
Poly(meth)acrylats) und/oder einem mindestens trifunktionellen Alkohol oder einer mindestens trifunktionellen Carbonsäure. Poly (meth) acrylate) and / or an at least trifunctional alcohol or an at least trifunctional carboxylic acid.
Als aliphatische Dicarbonsäuren eignen sich vorzugsweise Bernsteinsäure, Adipinsäure und insbesondere bevorzugt Sebazinsäure. Bernsteinsäure- und Sebazinsäure-haltige Polyester haben den Vorteil, dass sie auch als nachwachsender Rohstoff zur Verfügung stehen. As aliphatic dicarboxylic acids are preferably succinic acid, adipic acid and particularly preferably sebacic acid. Succinic and sebacic acid-containing polyesters have the advantage that they are also available as a renewable raw material.
Bevorzugt eingesetzte Polyester iii enthalten: a) 90 bis 99,5 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, Bernsteinsäure; b) 0,5 bis 10 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, einer oder mehrerer Preferably used polyesters iii contain: a) 90 to 99.5 mol%, based on the components a to b, succinic acid; b) 0.5 to 10 mol%, based on the components a to b, one or more
C8-C20 Dicarbonsäuren c) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, 1 ,3-Propandiol oder C8-C20 dicarboxylic acids c) 98 to 102 mol%, based on the components a to b, 1, 3-propanediol or
1 ,4-Butandiol. Insbesondere bevorzugt eingesetzte Polyester iii enthalten: a) 90 bis 99,5 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, Bernsteinsäure; b) 0,5 bis 10 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, Terephthalsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und/oder Brassylsäure c) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten a bis b, 1 ,3-Propandiol oder 1 ,4- Butandiol und d) 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten a bis c, eines Kettenverlängerers und/oder Vernetzers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem polyfunktionellen Isocyanat, Isocyanurat, Oxazolin, Epoxid (insbesondere einem epoxidhaltigen Poly(meth)acrylat), einem mindestens trifunktionellen Alkohol oder einer mindestens trifunktionellen Carbonsäure. 1, 4-butanediol. Particularly preferably used polyesters iii contain: a) 90 to 99.5 mol%, based on the components a to b, succinic acid; b) 0.5 to 10 mol%, based on the components a to b, terephthalic acid, azelaic acid, sebacic acid and / or brassylic acid c) 98 to 102 mol%, based on the components a to b, 1, 3-propanediol or 1 , 4-butanediol and d) 0.01 to 5 wt .-%, based on the total weight of components a to c, of a chain extender and / or crosslinker selected from the group consisting of: a polyfunctional isocyanate, isocyanurate, oxazoline, epoxy ( in particular an epoxy-containing poly (meth) acrylate), an at least trifunctional alcohol or an at least trifunctional carboxylic acid.
Die Polyester iii weisen in der Regel ein zahlenmittleres Molekulargewicht (Mn) im Bereich von 5000 bis 100000, insbesondere im Bereich von 10000 bis 75000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 15000 bis 38000 g/mol, ein gewichtmittleres Molekulargewicht (Mw) von 30000 bis 300000, vorzugsweise 60000 bis 200000 g/mol und ein Mw/Mn-Verhältnis von 1 bis 6, vorzugsweise 2 bis 4 auf. Die Viskositätszahl liegt zwischen 50 und 450, vorzugsweise von 80 bis 250 g/mL (gemessen in o-Dichlorbenzol/Phenol (Gewichtsverhältnis 50/50). Der Schmelzpunkt liegt im Bereich von 85 bis 150, bevorzugt im Bereich von 95 bis 140°C. Die genannten Polyester können Hydroxy- und/oder Carboxylend-gruppen in jedem beliebigen Verhältnis aufweisen. Die genannten teilaromatischen Polyester können auch endgruppenmodi- fiziert werden. So können beispielsweise OH-Endgruppen durch Umsetzung mit Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Trimellithsäure, Trimellithsäureanhydrid, Pyromellithsäure oder Pyromel- lithsäureanhydrid säuremodifiziert werden. Bevorzugt sind Polyester mit Säurezahlen kleiner als 1 ,5 mg KOH/g. The polyesters iii generally have a number average molecular weight (Mn) in the range from 5000 to 100,000, in particular in the range from 10,000 to 75,000 g / mol, preferably in the range from 15,000 to 38,000 g / mol, a weight average molecular weight (Mw) of 30,000 to 300,000, preferably 60000 to 200,000 g / mol and a Mw / Mn ratio of 1 to 6, preferably 2 to 4 on. The viscosity number is between 50 and 450, preferably from 80 to 250 g / ml (measured in o-dichlorobenzene / phenol (weight ratio 50/50).) The melting point is in the range of 85 to 150, preferably in the range of 95 to 140 ° C. The abovementioned polyesters can have hydroxyl and / or carboxyl end groups in any desired ratio. [Te Die] The partially aromatic polyesters can also be end-group-modified, for example OH end groups can be obtained by reaction with phthalic acid, phthalic anhydride, trimellitic acid, trimellitic anhydride, pyromellitic acid or pyromel polyesters with acid numbers of less than 1.5 mg KOH / g are preferred.
Komponente iv) wird im Folgenden näher beschrieben. Component iv) is described in more detail below.
Unter Epoxiden wird insbesondere Epoxidgruppen-haltiges Copolymer auf Basis Styrol, Acryl- säureester und/oder Methacrylsäureester verstanden. Die Epoxidgruppen tragenden Einheiten sind vorzugsweise Glycidyl(meth)acrylate. Als vorteilhaft haben sich Copolymere mit einem Glycidylmethacrylat-Anteil von größer 20, besonders bevorzugt von größer 30 und insbesondere bevorzugt von größer 50 Gew.-% des Copolymers erwiesen. Das Epoxid-Äquivalentgewicht (EEW) in diesen Polymeren beträgt vorzugsweise 150 bis 3000 und insbesondere bevorzugt 200 bis 500 g/Äquivalent. Das mittlere Molekulargewicht (Gewichtsmittel) Mw der Polymere beträgt vorzugsweise 2000 bis 25.000, insbesondere 3000 bis 8.000. Das mittlere Molekulargewicht (Zahlenmittel) Mn der Polymere beträgt vorzugsweise 400 bis 6.000, insbesondere 1000 bis 4.000. Die Polydispersität (Q) liegt im Allgemeinen zwischen 1 .5 und 5. Epoxidgruppen- haltige Copolymere des obengenannten Typs werden beispielsweise von der BASF Resins B.V. unter der Marke Joncryl® ADR vertrieben. Als Komponente iv) besonders geeignet ist Joncryl® ADR 4368. Epoxides are understood as meaning, in particular, epoxide-group-containing copolymer based on styrene, acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester. The epoxy groups bearing units are preferably glycidyl (meth) acrylates. Copolymers having a glycidyl methacrylate content of greater than 20, particularly preferably greater than 30 and especially preferably greater than 50% by weight, of the copolymer have proven to be advantageous. The epoxy equivalent weight (EEW) in these polymers is preferably 150 to 3000, and more preferably 200 to 500 g / equivalent. The weight average molecular weight Mw of the polymers is preferably from 2,000 to 25,000, in particular from 3,000 to 8,000. The number average molecular weight M n of the polymers is preferably from 400 to 6,000, in particular 1,000 up to 4,000. The polydispersity (Q) is generally between 1 .5 and 5 epoxide groups-containing copolymers of the above type are sold for example by BASF Resins BV under the trademark Joncryl ® ADR. Particularly suitable as component iv) is Joncryl ® ADR 4368th
Unter Komponente v wird insbesondere eines oder mehrere der folgenden Additive verstanden: Stabilisator, Nukleierungsmittel, Gleit- und Trennmittel wie Stearate (insbesondere Calziumstea- rat); Weichmacher (Plastifizierer) wie beispielsweise Zitronensäureester (insbesondere Acetyl- tributylcitrat), Glycerinsäureester wie Triacetylglycerin oder Ethylenglykolderivate, Tenside wie Polysorbate, Palmitate oder Laurate; Wachse wie beispielsweise Bienenwachs oder Bienen- wachsester; Antistatikum, UV-Absorbers; UV-Stabilisators; Antifog-Mittel, Farbstoffe, Füllstoffe oder sonstigen Kunststoffadditive. Die Additive werden in Konzentrationen von 0 bis 10 Gew.- %, insbesondere 0,1 bis 2 Gew.-% bezogen auf die erfindungsgemäßen Polyester eingesetzt. Insbesondere bevorzugt ist wie bereits erwähnt der Einsatz von 0,5 bis 1 Gew.-% bezogen auf die Komponenten i bis v eines Nukleierungsmittels. Component v is understood in particular to be one or more of the following additives: stabilizer, nucleating agent, lubricants and release agents, such as stearates (in particular calcium stearate); Plasticizers such as citric acid esters (especially acetyl tributyl citrate), glyceric acid esters such as triacetylglycerol or ethylene glycol derivatives, surfactants such as polysorbates, palmitates or laurates; Waxes such as beeswax or bee wax esters; Antistatic, UV absorber; UV-stabilizer; Antifog agents, dyes, fillers or other plastic additives. The additives are used in concentrations of from 0 to 10% by weight, in particular from 0.1 to 2% by weight, based on the polyesters according to the invention. As already mentioned, the use of 0.5 to 1% by weight, based on the components i to v of a nucleating agent, is particularly preferred.
Unter Nukleierungsmittel wird insbesondere Talkum, Kreide, Ruß, Graphit, Calcium- oder Zink- stearat, Poly-D-Milchsäure, N,N'-Ethylen-bis-12-hydroxystearamid oder Polyglykolsäure verstanden: Besonders bevorzugt ist Talkum als Nukleierungsmittel. Nucleating agent is understood in particular to be talc, chalk, carbon black, graphite, calcium or zinc stearate, poly-D-lactic acid, N, N'-ethylene-bis-12-hydroxystearamide or polyglycolic acid. Talcum is particularly preferred as nucleating agent.
Das Treibmittel kann als weitere Komponente vi aufgefasst werden. The propellant can be considered as a further component vi.
Die treibmittelhaltige Polymerschmelze enthält in der Regel eine oder mehrere Treibmittel in homogener Verteilung in einem Anteil von insgesamt 3 bis 7 Gew.-%, bezogen auf die treibmit- telhaltige Polymerschmelze. Bei der Verwendung von Co-Treibmitteln vii können auch weniger als 3 Gew.-% Treibmittel vi zum Einsatz gelangen. Als Treibmittel, eignen sich die üblicherweise in EPS eingesetzten physikalischen Treibmittel, wie aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen, Alkohole, Ketone, Ether, Amide oder halogenierte Kohlenwasserstoffe. Bevorzugt wird iso-Butan, n-Butan, n-Pentan und insbesondere iso-Pentan eingesetzt. Weiterhin bevorzugt sind Gemische aus n-Pentan und iso-Pentan sowie aus n-Butan und Iso-Pentan. The blowing agent-containing polymer melt generally contains one or more blowing agents in a homogeneous distribution in a proportion of 3 to 7 wt .-%, based on the blowing agent-containing polymer melt. When using co-blowing agents vii less than 3 wt .-% blowing agent vi can be used. Suitable blowing agents are the physical blowing agents commonly used in EPS, such as aliphatic hydrocarbons having 2 to 7 carbon atoms, alcohols, ketones, ethers, amides or halogenated hydrocarbons. Preference is given to using isobutane, n-butane, n-pentane and, in particular, isopentane. Further preferred are mixtures of n-pentane and iso-pentane and of n-butane and iso-pentane.
Die zugesetzte Treibmittelmenge wird so gewählt, dass die expandierbaren Granulate ein Expansionsvermögen a, definiert als Schüttdichte vor dem Vorschäumen von 500 bis 800 und vorzugsweise 580 bis 800 kg/m3 und eine Schüttdichte nach dem Vorschäumen höchstens von 125 bevorzugt 8 bis 100 kg/m3 aufweisen. The amount of blowing agent added is chosen such that the expandable granules have an expansion capacity a, defined as bulk density before pre-foaming of 500 to 800 and preferably 580 to 800 kg / m 3 and a bulk density after pre-foaming of at most 125, preferably 8 to 100 kg / m 3 have.
Bei Verwendung von Füllstoffen können in Abhängigkeit von der Art und Menge des Füllstoffes Schüttdichten im Bereich von 590 bis 1200 kg/m3auftreten. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen expandierbaren Granulate wird das Treibmittel in die Polymerschmelze eingemischt. Das Verfahren umfasst die Stufen a) Schmelzerzeugung, b) Mischen c) Fördern und d) Granulieren. Jede dieser Stufen kann durch die in der Kunststoffver- arbeitung bekannten Apparate oder Apparatekombinationen ausgeführt werden. Zur Einmischung eignen sich statische oder dynamische Mischer, beispielsweise Extruder. Die Polymerschmelze kann direkt durch Aufschmelzen von Polymergranulaten erzeugt werden. Bei Bedarf kann die Schmelzetemperatur über einen Kühler abgesenkt werden. Für die Granulierung kommen beispielsweise die druckbeaufschlagte Unterwassergranulierung, Granulierung mit rotierenden Messern und Kühlung durch Sprühvernebelung von Temperierflüssigkeiten, in Betracht. Zur Durchführung des Verfahrens geeignete Apparateanordnungen sind z.B.: i) Extruder - statischer Mischer - Kühler - Granulator When using fillers, depending on the type and amount of the filler, bulk densities in the range of 590 to 1200 kg / m 3 may occur. To prepare the expandable granules according to the invention, the blowing agent is mixed into the polymer melt. The process comprises the stages a) melt production, b) mixing c) conveying and d) granulating. Each of these steps can be processing known apparatus or apparatus combinations are performed. For mixing, static or dynamic mixers are suitable, for example extruders. The polymer melt can be produced directly by melting polymer granules. If necessary, the melt temperature can be lowered via a cooler. For example, pressurized underwater granulation, granulation with rotating knives and cooling by spray misting of tempering liquids come into consideration for the granulation. Apparatus arrangements suitable for carrying out the method are, for example: i) extruder - static mixer - cooler - granulator
ii) Extruder - Granulator ii) extruder - granulator
Weiterhin kann die Anordnung einen Seitenextruder zur Einbringung von Additiven, z.B. von Feststoffen oder thermisch empfindlichen Zusatzstoffen aufweisen. Die treibmittelhaltige Polymerschmelze wird in der Regel mit einer Temperatur im Bereich von 140 bis 300°C, bevorzugt im Bereich von 160 bis 240°C durch die Düsenplatte gefördert. Furthermore, the arrangement may include a side extruder for introducing additives, e.g. of solids or thermally sensitive additives. The propellant-containing polymer melt is usually conveyed through the nozzle plate at a temperature in the range from 140 to 300.degree. C., preferably in the range from 160 to 240.degree.
Die Düsenplatte wird mindestens auf die Temperatur der treibmittelhaltigen Polymerschmelze beheizt. Bevorzugt liegt die Temperatur der Düsenplatte im Bereich von 20 bis 100°C über der Temperatur der treibmittelhaltigen Polymerschmelze. Dadurch werden Polymerablagerungen in den Düsen verhindert und eine störungsfreie Granulierung gewährleistet. The nozzle plate is heated at least to the temperature of the propellant-containing polymer melt. Preferably, the temperature of the nozzle plate is in the range of 20 to 100 ° C above the temperature of the propellant-containing polymer melt. This prevents polymer deposits in the nozzles and ensures trouble-free granulation.
Um marktfähige Granulatgrößen zu erhalten sollte der Durchmesser (D) der Düsenbohrungen am Düsenaustritt im Bereich von 0,1 bis 2 mm, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1 ,2 mm, be- sonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm liegen. Damit lassen sich auch nach Strangaufweitung Granulatgrößen unter 2 mm, insbesondere im Bereich 0,2 bis 1 ,4 mm gezielt einstellen. In order to obtain marketable granule sizes, the diameter (D) of the nozzle bores at the nozzle exit should be in the range from 0.1 to 2 mm, preferably in the range from 0.1 to 1.2 mm, particularly preferably in the range from 0.1 to 0 , 8 mm lie. This granulate sizes below 2 mm, especially in the range 0.2 to 1, 4 mm can be adjusted specifically after strand expansion.
Die Strangaufweitung kann außer über die Molekulargewichtsverteilung durch die Düsengeo- metrie beeinflusst werden. Die Düsenplatte weist bevorzugt Bohrungen mit einem Verhältnis L/D von mindestens 2 auf, wobei die Länge (L) den Düsenbereich, dessen Durchmesser höchstens dem Durchmesser (D) am Düsenaustritt entspricht, bezeichnet. Bevorzugt liegt das Verhältnis L/D im Bereich von 3 - 20. Im Allgemeinen sollte der Durchmesser (E) der Bohrungen am Düseneintritt der Düsenplatte mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser (D) am Düsenaustritt sein. The strand expansion can be influenced by the nozzle geometry, as well as the molecular weight distribution. The nozzle plate preferably has bores with a ratio L / D of at least 2, the length (L) designating the nozzle region whose diameter corresponds at most to the diameter (D) at the nozzle exit. Preferably, the ratio L / D is in the range of 3 - 20. In general, the diameter (E) of the holes at the nozzle entrance of the nozzle plate should be at least twice as large as the diameter (D) at the nozzle exit.
Eine Ausführungsform der Düsenplatte weist Bohrungen mit konischem Einlauf und einem Einlaufwinkel α kleiner 180°, bevorzugt im Bereich von 30 bis 120° auf. In einer weiteren Ausfüh- rungsform besitzt die Düsenplatte Bohrungen mit konischem Auslauf und einen Auslaufwinkel ß kleiner 90°, bevorzugt im Bereich von 15 bis 45°. Um gezielte Granulatgrößenverteilungen der Polymeren zu erzeugen kann die Düsenplatte mit Bohrungen unterschiedlicher Austrittsdurch- messer (D) ausgerüstet werden. Die verschiedenen Ausführungsformen der Düsengeometrie können auch miteinander kombiniert werden. An embodiment of the nozzle plate has bores with conical inlet and an inlet angle α less than 180 °, preferably in the range of 30 to 120 °. In a further embodiment, the nozzle plate has bores with a conical outlet and an outlet angle β of less than 90 °, preferably in the range of 15 to 45 °. In order to produce specific granule size distributions of the polymers, the nozzle plate can be provided with bores of different exit diameters. be equipped knife (D). The various embodiments of the nozzle geometry can also be combined.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granu- laten, umfasst die Schritte a) Aufschmelzen und Einmischen der Komponenten i) 61 ,9 bis 98,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Polymilchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydroxyal- kanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Dicar- bonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines Epoxidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester und v) 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines oder mehrerer Additive, b) Einmischen eines organischen Treibmittels in die Polymerschmelze gegebenenfalls mittels eines statischen oder dynamischen Mischers bei einer Temperatur von mindestens 140°C, bevorzugt 180 - 260°C, gegebenenfalls wird die treibmittelhaltige Polymerschmel- ze vor dem Austrag auf eine Temperatur von 120 bis 160°C mittels einer zwischengeschalteten Kühlvorrichtung gekühlt, c) Austrag durch eine Düsenplatte mit Bohrungen, deren Durchmesser am Düsenaustritt höchstens 1 ,5 mm beträgt und d) Granulieren der treibmittelhaltigen Schmelze direkt hinter der Düsenplatte unter Wasser bei einem Druck im Bereich von 1 bis 20 bar. A preferred process for preparing expandable polylactic acid-containing granules comprises the steps of a) melting and mixing in the components i) 61, 9 to 98.9% by weight, based on the total weight of components i to iv, polylactic acid, ii) from 1 to 38% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) from 0 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyester Base of aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds; iv) from 0.1 to 2% by weight, based on the total weight of components i to iv, of an epoxide group-containing copolymer based on styrene, acrylic ester and / or methacrylic ester and v) 0 to 10% by weight, based on the Total weight of components i to v, of one or more additives, b) incorporation of an organic blowing agent in the polymer melt, if appropriate by means of a static or dynamic mixer at a temperature of at least 140 ° C., preferably 180-260 ° C., if appropriate the blowing agent-containing polymer melt c) discharged through a nozzle plate with holes whose diameter at the nozzle outlet is at most 1, 5 mm and d) granulating the blowing agent-containing melt directly behind the nozzle plate below Water at a pressure in the range of 1 to 20 bar.
Weiterhin wurde gefunden, dass eine Absenkung der Temperatur bei der Unterwassergranulie- rung auf 5 bis 20 °C zu expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granulaten mit definiertenFurthermore, it was found that a lowering of the temperature in the underwater granulation to 5 to 20 ° C to expandable polylactic acid-containing granules with defined
Hohlräumen mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 50 μηη führt. In der Regel weisen die Granulate einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 2 mm und 50 bis 300 Hohlräume/mm2 Querschnittsfläche auf. Durch die Absenkung der Temperatur bei der Unter- wassergranulierung kann die Schüttdichte auf den Bereich von 580 bis 800 kg/m3 und vorzugs- weise 580 bis 720kg/m3 verringert werden. Weiterhin weisen die so hergestellten expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granulate eine erhöhte Lagerstabilität auf. Sie können noch nach Wochen problemlos aufgeschäumt werden. Voids having a mean diameter in the range of 0.1 to 50 μηη leads. In general, the granules have an average diameter in the range of 0.1 to 2 mm and 50 to 300 cavities / mm 2 cross-sectional area. By lowering the temperature of underwater granulation, the bulk density can be reduced to the range of 580 to 800 kg / m 3 and preferably 580 to 720 kg / m 3 . Furthermore, the expandable polylactic acid-containing granules thus produced have an increased storage stability. They can be foamed easily after weeks.
Die Verringerung der Schüttdichte und Erhöhung der Lagerstabilität der expandierbaren Poly- milchsäure-haltigen Granulate lässt sich auch mit der folgenden bevorzugten Fahrweise erreichen: a) Aufschmelzen und Einmischen der Komponenten i) 61 ,9 bis 98,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Polymilchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydroxyal- kanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Dicar- bonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines Epoxidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester und v) 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines Nukleierungsmittels , The reduction in the bulk density and increase in the storage stability of the expandable polylactic acid-containing granules can also be achieved with the following preferred procedure: a) melting and mixing the components i) 61, 9 to 98.9 wt .-%, based on the total weight of components i to iv, polylactic acid, ii) 1 to 38 wt .-%, based on the total weight of the components i to iv, at least one polyhydroxyalkanoate, iii) 0 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyester based on aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds; iv) 0.1 to 2 wt .-%, based on the total weight of components i to iv, of an epoxy group-containing copolymer based on styrene, acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester and v) 0.1 to 5 wt .-%, based on the total weight of the components i to v, of a nucleating agent,
Einmischen vi) 1 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines organischen Treibmittels und vii) 0,01 bis 5 Gew.-% eines Co-Treibmittels - ausgewählt aus der Gruppe Stickstoff, Kohlendioxid, Argon, Helium oder Mischungen davon - in die Polymerschmelze gegebenenfalls mittels eines statischen oder dynamischen Mischers bei einer Temperatur von mindestens 140°C, Mixing vi) from 1 to 7% by weight, based on the total weight of components i to v, of an organic blowing agent; and vii) from 0.01 to 5% by weight of a co-blowing agent selected from the group consisting of nitrogen, carbon dioxide, argon , Helium or mixtures thereof - in the polymer melt optionally by means of a static or dynamic mixer at a temperature of at least 140 ° C,
Austrag durch eine Düsenplatte mit Bohrungen, deren Durchmesser am Düsenaustritt höchstens 1 ,5 mm beträgt und Discharge through a nozzle plate with holes whose diameter at the nozzle outlet is at most 1, 5 mm and
Granulieren der treibmittelhaltigen Schmelze direkt hinter der Düsenplatte unter Wasser bei einem Druck im Bereich von 1 bis 20 bar. Granulating the blowing agent-containing melt directly behind the nozzle plate under water at a pressure in the range of 1 to 20 bar.
Durch die Verwendung von flüchtigen, flüssigen/gasförmigen Hohlräume bildende Co-Treibmittel vii) eine zelluläre Struktur in den expandierbaren Granulaten eingestellt werden, mit deren Hilfe der späteren Schäumvorgang verbessert und die Zellgröße kontrolliert werden kann. By the use of volatile, liquid / gaseous cavities forming co-propellants vii) a cellular structure can be adjusted in the expandable granules, with the help of which the subsequent foaming process can be improved and the cell size can be controlled.
Als Nukleierungsmittel v) und Treibmittel vi) eignen sich die zuvor beschriebenen Mittel. As nucleating agent v) and propellant vi), the agents described above are suitable.
Der Verfahren zur Einstellung dieser Hohlraum-Morphologie kann auch als Vornukleierung bezeichnet werden, wobei die Hohlräume im Wesentlichen durch das Co-Treibmittel vii) gebildet werden. The method for adjusting this cavity morphology may also be referred to as pre-nucleation, the cavities being formed essentially by the co-propellant vii).
Das die Hohlräume bildende Co-Treibmittel vii) unterscheidet sich vom eigentlichen Treibmittel vi in dessen Löslichkeit im Polymeren. Bei der Herstellung werden zunächst Treibmittel vi) und Co-Treibmittel vii) im Polymeren bei ausreichend hohem Druck vollständig gelöst. Anschließend wird der Druck reduziert, vorzugsweise innerhalb kurzer Zeit, und somit die Löslichkeit des Co- Treibmittel vii) reduziert. Dadurch stellt sich eine Phasenseparation in der polymeren Matrix ein und eine vornukleierter Struktur entsteht. Das eigentliche Treibmittel vi) bleibt aufgrund dessen höherer Löslichkeit und/oder dessen geringer Diffusionsgeschwindigkeit überwiegend im Poly- meren gelöst. Simultan zur Druckreduzierung wird vorzugsweise eine Temperaturreduktion durchgeführt, um eine zu starke Nukleierung des Systems zu verhindern und ein Ausdiffundie- ren des eigentlichen Treibmittels vi) zu verringern. Erreicht wird dies durch Co-Treibmittel vii) in Verbindung mit optimalen Granulierbedingungen. The cavities forming co-propellant vii) differs from the actual propellant vi in its solubility in the polymer. In the preparation of the first propellant vi) and co-propellant vii) are completely dissolved in the polymer at sufficiently high pressure. Subsequently, the pressure is reduced, preferably within a short time, and thus reduces the solubility of the co-propellant vii). This results in a phase separation in the polymeric matrix and a vorukleierter structure arises. The actual propellant vi) remains largely dissolved in the polymer due to its higher solubility and / or its low diffusion rate. Simultaneously with the pressure reduction, a temperature reduction is preferably carried out in order to prevent excessive nucleation of the system and to prevent out-diffusion. ren of the actual propellant vi) to reduce. This is achieved by co-propellant vii) in conjunction with optimum granulation conditions.
Bevorzugt entweicht das Co-Treibmittel vii) zu mindestens 80 Gew.-% innerhalb von 24 h aus den expandierbaren thermoplastischen Partikeln bei einer Lagerung bei 25°C, Normaldruck und 50% relativer Feuchtigkeit. Die Löslichkeit des Co-Treibmittels vii) in den expandierbaren thermoplastischen Partikeln liegt bevorzugt unter 0,1 Gew.-%. Preferably, the co-propellant vii) escapes to at least 80 wt .-% within 24 h of the expandable thermoplastic particles when stored at 25 ° C, atmospheric pressure and 50% relative humidity. The solubility of the co-blowing agent vii) in the expandable thermoplastic particles is preferably below 0.1 wt .-%.
In allen Fällen sollte die zugegebene Menge des eingesetzten Co-Treibmittels vii) bei der Vornukleierung die maximale Löslichkeit bei den vorliegenden Prozessbedingungen überschreiten. Daher werden bevorzugt Co-Treibmittel vii) eingesetzt, die eine geringe, aber ausreichende Löslichkeit im Polymeren aufweisen. Dazu zählen insbesondere Gase wie Stickstoff, Kohlendioxid, Luft oder Edelgase, besonders bevorzugt Stickstoff, dessen Löslichkeit in vielen Polymeren sich bei niedrigen Temperaturen und Drücken verringert. Es sind aber auch andere flüssige Additive vorstellbar. In all cases, the added amount of co-propellant vii) used in the pre-nucleation should exceed the maximum solubility at the present process conditions. Therefore, preference is given to using co-blowing agents vii) which have a low but sufficient solubility in the polymer. These include in particular gases such as nitrogen, carbon dioxide, air or noble gases, more preferably nitrogen, whose solubility in many polymers is reduced at low temperatures and pressures. But there are also other liquid additives conceivable.
Besonders bevorzugt werden inerte Gase wie Stickstoff und Kohlendioxid eingesetzt. Beide Gase zeichnen sich neben ihren geeigneten physikalischen Eigenschaften durch geringe Kosten, gute Verfügbarkeit, einfache Handhabbarkeit und reaktionsträges bzw. inertes Verhaltes aus. Beispielsweise findet in Gegenwart der beiden Gase in nahezu allen Fällen keine Degradation des Polymeren statt. Da die Gase selbst aus der Atmosphäre gewonnen werden, besitzen sie zudem ein umweltneutrales Verhalten. Particular preference is given to using inert gases such as nitrogen and carbon dioxide. In addition to their suitable physical properties, both gases are distinguished by low costs, good availability, easy handling and inert or inert behavior. For example, in the presence of the two gases, in almost all cases, no degradation of the polymer takes place. Since the gases themselves are extracted from the atmosphere, they also have an environmentally neutral behavior.
Die eingesetzte Menge des Co-Treibmittel vii) sollte dabei: (a) hinreichend klein sein, um sich bei den gegebenen Schmelzetemperaturen und -drücken bei der Schmelzeimprägnierung bis zur Granulierung zu lösen; (b) ausreichend hoch sein, um sich beim Granulierwasserdruck und der Granuliertemperatur aus dem Polymer zu entmischen und nukleieren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eines der verwendeten Treibmittel bei Raumtemperatur und unter Normaldruck gasförmig. The amount of co-propellant vii) used should be: (a) sufficiently small to dissolve at the given melt temperatures and pressures during melt impregnation until granulation; (b) be sufficiently high to segregate and nucleate at the granulation water pressure and granulation temperature from the polymer. In a preferred embodiment, at least one of the blowing agents used is gaseous at room temperature and under atmospheric pressure.
Besonders bevorzugt wird Talkum als Nukleierungsmittel v) in Kombination mit Stickstoff als Co-Treibmittel vii) eingesetzt. Particular preference is given to using talc as nucleating agent v) in combination with nitrogen as co-blowing agent vii).
Für den Transport und die Lagerung der expandierbaren Granulate kommen unter anderem Metallfässer und Oktabins zum Einsatz. Beim Einsatz von Fässern ist zu beachten, dass sich durch die Freisetzung der Co-Treibmittel vii) ggf. Druck im Fass aufbauen kann. Als Packmittel sind daher vorzugsweise offene Gebinde wie Oktabins oder Fässer zu verwenden, die einen Druckabbau durch Permeation des Gases aus dem Fass ermöglichen. Besonders bevorzugt sind dabei Fässer, die ein Ausdiffundieren des Co-Treibmittels vii) ermöglichen und eine Ausdif- fundieren des eigentlichen Treibmittels vi) minimieren bzw. verhindern. Dies kann beispielsweise durch die Abstimmung des Dichtungswerkstoffs auf das Treibmittel bzw. Co-Treibmittel vii) ermöglicht werden. Vorzugsweise ist die Permeabilität des Dichtungsmaterials für das Co-Treib- mittel vii) um mindestens einen Faktor 20 höher als die Permeabilität des Dichtungsmaterials für das Treibmittel vi). Metallic barrels and octabins are used, among other things, for the transport and storage of the expandable granules. When using barrels, it should be noted that the release of the co-propellants vii) may possibly build up pressure in the drum. As packaging, therefore, preferably open containers such as octabins or barrels are to be used, which allow a pressure reduction by permeation of the gas from the barrel. Drums which allow the co-propellant vii) to diffuse out and minimize or prevent the actual propellant vi) from being discharged are particularly preferred. This can be made possible for example by the vote of the sealing material on the blowing agent or co-blowing agent vii). Preferably, the permeability of the sealing material for the co-propellant mean vii) at least a factor of 20 higher than the permeability of the sealing material for the propellant vi).
Durch die Vornukleierung, beispielsweise durch Zugabe geringer Mengen an Stickstoff und Kohlendioxid, kann im expandierbaren, treibmittelhaltigen Granulat eine zelluläre Morphologie eingestellt werden. Die mittlere Zellgröße im Zentrum der Partikel kann dabei größer als in den Randbereichen, die Dichte in den Randbereichen der Partikel höher sein. Dadurch werden Treibmittelverluste soweit wie möglich minimiert. Durch die Vornukleierung ist eine deutliche bessere Zellgrößenverteilung und eine Reduzierung der Zellgröße nach dem Vorschäumen erzielbar. Zudem ist die benötigte Menge an Treibmittel zum Erreichen einer minimalen Schüttdichte geringer und die Lagerstabilität des Materials verbessert. Geringe Mengen Stickstoff oder Kohlendioxid bei Zugabe in die Schmelze können zu einer deutlichen Verkürzung der Vorschäumzeiten bei konstantem Treibmittelgehalt bzw. zu einer deutlichen Reduzierung der Treibmittelmengen bei gleichbleibenden Schäumzeiten und minimalen Schaumdichten führen. Zudem werden durch die Vornukleierung die Produkthomogenität und die Prozessstabilität verbessert. By Vornukleierung, for example, by adding small amounts of nitrogen and carbon dioxide, a cellular morphology can be adjusted in the expandable, propellant-containing granules. The mean cell size in the center of the particles can be greater than in the edge regions, the density in the edge regions of the particles higher. As a result, blowing agent losses are minimized as much as possible. By Vornukleierung a significantly better cell size distribution and a reduction of the cell size after pre-foaming can be achieved. In addition, the required amount of blowing agent to achieve a minimum bulk density is lower and the storage stability of the material is improved. Small amounts of nitrogen or carbon dioxide when added to the melt can lead to a significant shortening of the prefoaming at a constant blowing agent content or to a significant reduction in blowing agent quantities with constant foaming times and minimum foam densities. In addition, the pre-nucleation improves product homogeneity and process stability.
Eine erneute Imprägnierung der erfindungsgemäßen Polymergranulate mit Treibmitteln ist des Weiteren deutlich schneller möglich als bei Granulaten mit identischer Zusammensetzung und kompakter, d. h. nichtzellulärer Struktur. Einerseits sind die Diffusionszeiten geringer, andererseits benötigt man analog zu direkt imprägnierten Systemen geringere Treibmittelmengen für das Schäumen. Schließlich kann durch die Vornukleierung der Treibmittelgehalt, der zur Erzielung einer gewissen Dichte erforderlich ist, reduziert und damit die Entformzeiten bei der Formteil- bzw. Blockherstellung verringert werden. Somit können die Weiterverarbeitungskosten reduziert und die Produktqualität verbessert werden. Das Prinzip der Vornukleierung kann sowohl für die Suspension-Technologie als auch für die Schmelzeimprägnierungstechnologie zur Herstellung von expandierbaren Partikel genutzt werden. Bevorzugt wird die Anwendung im Schmelzeextrusionsverfahren, bei dem die Zugabe der Co-Treibmittel vii) mit den Treibmitteln vi) in Schritt b erfolgt und schließlich durch die druckunterstützte Unterwassergranulierung nach Austritt der treibmittelbeladenen Schmelze granuliert wird. Durch Wahl der Granulierparameter und des Co-Treibmittel vii) kann die Mikrostruktur des Granulats wie oben beschrieben gesteuert werden. Further impregnation of the polymer granules according to the invention with blowing agents is furthermore possible much faster than with granules of identical composition and more compact, ie. H. noncellular structure. On the one hand, the diffusion times are lower, on the other hand, it requires analogous to directly impregnated systems lower blowing agent amounts for foaming. Finally, by Vornukleierung the blowing agent content, which is required to achieve a certain density is reduced, and thus the demolding times in the molding or block production can be reduced. Thus, the processing costs can be reduced and the product quality can be improved. The principle of pre-nucleation can be used both for suspension technology and for melt impregnation technology for the production of expandable particles. Preference is given to the use in the melt extrusion process, in which the addition of the co-blowing agent vii) with the blowing agents vi) takes place in step b and finally granulated by the pressure-assisted underwater granulation after the blowing agent-laden melt. By selecting the granulation parameters and the co-propellant vii), the microstructure of the granules can be controlled as described above.
Bei höheren Mengen an Co-Treibmittel vii), beispielsweise im Bereich von 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die treibmittelhaltige Polymerschmelze, ist eine Erniedrigung der Schmelzetempera- tur oder der Schmelzeviskosität und damit eine deutliche Durchsatzerhöhung möglich. Damit ist auch eine schonende Einarbeitung thermolabiler Zusatzstoffe, beispielsweise Flammschutzmittel, zur Polymerschmelze möglich. Die Zusammensetzung der expandierbaren thermoplasti- sehen Partikel wird dadurch nicht verändert, da das Co-Treibmittel bei der Schmelzeextrusion im Wesentlichen entweicht. Zur Ausnutzung dieses Effektes wird bevorzugt CO2 eingesetzt. Bei N2 sind die Effekte auf die Viskosität geringer. Stickstoff wird daher vorwiegend zur Einstellung der gewünschten Zellstruktur eingesetzt. For higher amounts of co-propellant vii), for example in the range of 1 to 10 wt .-% based on the propellant-containing polymer melt, a lowering of the melt temperature or the melt viscosity and thus a significant increase in throughput is possible. Thus, a gentle incorporation of thermolabile additives, such as flame retardants, the polymer melt is possible. The composition of the expandable thermoplastic Particles are not altered as a result of the fact that the co-blowing agent essentially escapes during melt extrusion. To utilize this effect, CO2 is preferably used. At N2 the effects on the viscosity are lower. Nitrogen is therefore used predominantly to set the desired cell structure.
Die flüssigkeitsgefüllte Kammer zur Granulierung der expandierbaren thermoplastischen Polymerpartikel wird bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 80°C, besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 60°C betrieben. Um den thermischen Abbau der Polymilchsäure so gering wie möglich zu halten, ist es ferner zweckmäßig, den mechanischen und thermischen Energieeintrag in allen Verfahrensstufen so gering wie möglich zu halten. Die mittleren Scherraten im Schneckenkanal sollten gering sein, bevorzugt werden Scherraten unter 250/sec, bevorzugt unter 100/sec, und Temperaturen unter 260°C sowie kurze Verweilzeiten im Bereich von 2 bis 10 Minuten in den Stufen c) und d) ein- gehalten. Die Verweilzeiten liegen ohne Kühlschritt in der Regel bei 1 ,5 bis 4 Minuten und wenn ein Kühlschritt vorgesehen ist in der Regel bei 5 bis 10 Minuten. Die Polymerschmelze kann durch Druckpumpen, z. B. Zahnradpumpen gefördert und ausgetragen werden. The liquid-filled chamber for granulating the expandable thermoplastic polymer particles is preferably operated at a temperature in the range of 20 to 80 ° C, more preferably in the range of 30 to 60 ° C. In order to keep the thermal degradation of the polylactic acid as low as possible, it is also appropriate to keep the mechanical and thermal energy input in all process stages as low as possible. The mean shear rates in the screw channel should be low, shear rates below 250 / sec, preferably below 100 / sec, and temperatures below 260 ° C. and short residence times in the range from 2 to 10 minutes in stages c) and d) are preferably maintained , The residence times are without cooling step usually at 1, 5 to 4 minutes and when a cooling step is provided usually at 5 to 10 minutes. The polymer melt can by pressure pumps, z. B. gear pumps funded and discharged.
Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit können die fertigen expandierbaren Granulate durch Glycerinester, Antistatika oder Antiverklebungsmittel beschichten werden. To improve processability, the finished expandable granules may be coated by glycerol esters, antistatic agents or anticaking agents.
Die erfindungsgemäßen expandierbaren Granulate weisen eine geringere Verklebung gegenüber Granulaten, die niedermolekulare Weichmacher enthalten, auf und zeichnen sich durch einen geringen Pentanverlust während der Lagerung auf. The expandable granules according to the invention have a lower bond to granules containing low molecular weight plasticizers, and are characterized by a low pentane loss during storage.
Die erfindungsgemäßen expandierbaren Granulate können in einem ersten Schritt mittels Heißluft oder Wasserdampf zu Schaumpartikeln mit einer Dichte im Bereich von 8 bis 100 kg/m3 vorgeschäumt und in einem 2. Schritt in einer geschlossenen Form zu Partikelformteilen verschweißt werden. The expandable granules according to the invention can be prefoamed in a first step by means of hot air or steam to foam particles having a density in the range of 8 to 100 kg / m 3 and welded in a second step in a closed mold to particle moldings.
Überraschenderweise weisen die Schaumperlen gegenüber den expandierbaren Granulaten eine deutlich höhere Kristallinität auf. Die Kristallinität kann mit Hilfe Röntgenkleinwinkelstreu- ung (englisch: small-angle-Xray-scattering oder kurz SAXS-Analyse) bestimmt werden. Die expandierbaren Granulate weisen nach der Herstellung in der Regel einen kristallinen Anteil von nur wenigen Prozent auf - sind also überwiegend amorph -, während die aufgeschäumten Perlen eine deutlich höhere Kristallinität von 8 bis 40 % und damit eine deutlich höhere Wärmeformbeständigkeit aufweisen Surprisingly, the foam beads have a significantly higher crystallinity than the expandable granules. The crystallinity can be determined by means of small angle Xray scattering (or SAXS analysis for short). The expandable granules generally have a crystalline content of only a few percent after production - ie are predominantly amorphous - while the foamed beads have a significantly higher crystallinity of 8 to 40% and thus a significantly higher heat resistance
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Granulate weisen eine hohe biologi- sehe Abbaubarkeit bei gleichzeitig guten Eigenschaften beim Verschäumen auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Merkmal "biologisch abbaubar" für einen Stoff oder ein Stoffgemisch dann erfüllt, wenn dieser Stoff oder das Stoffgemisch entsprechend DIN EN 13432 einen prozentualen Grad des biologischen Abbaus von mindestens 90% aufweist. Die erfindungsgemäßen Partikelschäume weisen insbesondere unter anäroben Bedingungen eine höhere Abbaubarkeit auf. The granules produced by the process according to the invention have a high biological degradability and good properties during foaming. For the purposes of the present invention, the feature "biodegradable" for a substance or a substance mixture is fulfilled if this substance or the substance mixture according to DIN EN 13432 has a percentage degree of biodegradation of at least 90%. The particle foams according to the invention have a higher degradability, especially under anaerobic conditions.
Im Allgemeinen führt die biologische Abbaubarkeit dazu, dass die Granulate bzw. daraus hergestellte Schäume in einer angemessenen und nachweisbaren Zeitspanne zerfallen. Der Abbau kann enzymatisch, hydrolytisch, oxidativ und/oder durch Einwirkung elektromagnetischer Strah- lung, beispielsweise UV-Strahlung, erfolgen und meist zum überwiegenden Teil durch die Einwirkung von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilzen und Algen bewirkt werden. Die biologische Abbaubarkeit lässt sich beispielsweise dadurch quantifizieren, dass Polyester mit Kompost gemischt und für eine bestimmte Zeit gelagert werden. Beispielsweise lässt man gemäß DIN EN 13432 C02-freie Luft durch gereiften Kompost während des Kompostierens strö- men. Der Kompost wird einem definierten Temperaturprogramm unterworfen. Hierbei wird die biologische Abbaubarkeit über das Verhältnis der Netto-C02-Freisetzung der Probe (nach Abzug der C02-Freisetzung durch den Kompost ohne Probe) zur maximalen C02-Freisetzung der Probe (berechnet aus dem Kohlenstoffgehalt der Probe) als prozentualer Grad des biologischen Abbaus definiert. Biologisch abbaubare Granulate zeigen in der Regel schon nach wenigen Tagen der Kompostierung deutliche Abbauerscheinungen wie Pilzbewuchs, Riss- und Lochbildung. In general, biodegradability causes the granules or foams made therefrom to decay within a reasonable and detectable period of time. The decomposition can be effected enzymatically, hydrolytically, oxidatively and / or by the action of electromagnetic radiation, for example UV radiation, and for the most part be effected for the most part by the action of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi and algae. The biodegradability can be quantified, for example, by mixing polyesters with compost and storing them for a certain period of time. For example, according to DIN EN 13432, C02-free air is allowed to flow through matured compost during composting. The compost is subjected to a defined temperature program. Here, the biodegradability is determined by the ratio of the net CO 2 release of the sample (after deduction of CO 2 release by the compost without sample) to the maximum CO 2 release of the sample (calculated from the carbon content of the sample) as a percentage of biodegradation Are defined. Biodegradable granules usually show after a few days of composting significant degradation phenomena such as fungal growth, crack and hole formation.
Andere Methoden zur Bestimmung der Bioabbaubarkeit werden beispielsweise in ASTM D 5338 und ASTM D 6400-4 beschrieben. Other methods of determining biodegradability are described, for example, in ASTM D 5338 and ASTM D 6400-4.
Beispiele Examples
Eingesetzte Materialien: Komponente i: i-1 : aliphatischer Polyester, Polylactid Natureworks® 8051 D der Fa. NatureWorks. Materials used: Component i: i-1: aliphatic polyester, polylactide NatureWorks ® 8051 D from Nature Works..
Komponente ii: ii-1 Poly-3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyhexanoat mit 1 1 % Hexanoat-Comonomer-Anteil der Firma Kaneka (Handelsname Aonilex). Component ii: ii-1 Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate with 1 1% hexanoate comonomer fraction from Kaneka (trade name Aonilex).
Komponente iii: iii- 1 : Zur Herstellung des Polyesters ii-2 wurden in einem 450 Liter PolykondensationskesselComponent iii: iii- 1: To prepare the polyester ii-2 were used in a 450 liter polycondensation kettle
14,89 kg Sebacinsäure, 165,18 kg Bernsteinsäure , 172,5 kg 1 ,4-Butandiol und 0,66 kg Glycerin zusammen mit 0,031 kg Tetrabutylorthotitanat (TBOT) gemischt, wobei das Molverhältnis zwischen Alkoholkomponenten und Säurekomponente 1 ,30 betrug. Das Reak- tionsgemisch wurde unter Abdestillation von Wasser auf eine Innentemperatur von 200°C erhitzt und bei dieser Temperatur 1 h lang gehalten. Anschließend wurde die Temperatur auf eine Innentemperatur von ca. 250-260°C erhöht und gleichzeitig das überschüssige 1 ,4-Butandiol unter Anlegen von Vakuum (Endvakuum ca. 3-20 mbar) abdestilliert. Die Polykondensation wurde nach Erreichen der gewünschten Endviskosität durch Abkühlen auf ca. 180-200 °C abgebrochen und der Präpolyester mit 1 ,5 kg Hexamethylendiisocya- nat bei 240°C 1 h kettenverlängert und granuliert. 14.89 kg sebacic acid, 165.18 kg succinic acid, 172.5 kg 1, 4-butanediol and 0.66 kg glycerol together with 0.031 kg tetrabutyl orthotitanate (TBOT) mixed, the molar ratio between alcohol components and acid component being 1.30. The reaction mixture was heated to an internal temperature of 200 ° C. while distilling off water and kept at this temperature for 1 h. Subsequently, the temperature was increased to an internal temperature of about 250-260 ° C and at the same time distilled off the excess 1, 4-butanediol under application of vacuum (final vacuum about 3-20 mbar). The polycondensation was stopped after reaching the desired final viscosity by cooling to about 180-200 ° C and the prepolyester with 1, 5 kg hexamethylene diisocyanate at 240 ° C for 1 h chain extended and granulated.
Der so erhaltene Polyester iii-1 wies ein Molekulargewicht (Mn) von 37000 g/mol auf. Komponente iv: iv- 1 : Joncryl® ADR 4368 CS der Fa. BASF SE. Komponente v: v- 1 : HP 325 Chinatalk Luzenac Komponente vi: vi-1 : Treibmittel: iso-Pentan Komponente vii: vii-1 : Co-Treibmittel: Stickstoff (N2) The thus-obtained polyester iii-1 had a molecular weight (Mn) of 37,000 g / mol. Component IV: IV-1: Joncryl ® ADR 4368 CS from BASF SE.. Component v: v-1: HP 325 Chinatalk Luzenac Component vi: vi-1: Propellant: iso-pentane Component vii: vii-1: Co-propellant: Nitrogen (N 2 )
Die Anteile entsprechen Gew.-% und beziehen sich auf 100 Gew.-% Polymer (Komponenten i bis v) The proportions correspond to% by weight and relate to 100% by weight of polymer (components i to v)
Beispiel 1 : Example 1 :
4,9 Anteile iso-Pentan (Komponente vi-1 ) und 0,1 Anteile Stickstoff (vii-1 ) wurden in eine Schmelze aus 89,3 Anteilen Komponente i-1 , 10 Anteilen Komponente ii-1 , 0,3 Anteilen Komponente iv-1 und 0,4 Anteile Komponente v-1 bei einer Schmelztemperatur von 160-240°C eingemischt. Die Schmelze wurde mit einem Durchsatz von 4,5 kg/h durch eine Düsenplatte mit einer Bohrung (Durchmesser 0,65 mm) gefördert. Mit Hilfe einer druckbeaufschlagten (15 bar) Unterwas- sergranulierung wurden kompakte (annukleierte/vornukleierte) Granulate mit enger Größenverteilung hergestellt. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 1 ,4 mm und das expandierbare Granulat besaß eine Dichte von 680 kg/m3. 4.9 parts of iso-pentane (component vi-1) and 0.1 part of nitrogen (vii-1) were added to a melt of 89.3 parts component i-1, 10 parts component ii-1, 0.3 parts component iv-1 and 0.4 parts of component v-1 mixed at a melt temperature of 160-240 ° C. The melt was conveyed at a rate of 4.5 kg / h through a die plate having a bore (diameter 0.65 mm). Using pressurized (15 bar) underwater granulation, compact (annuklierte / vorukleierte) granules were made with a narrow size distribution. The average particle size was 1.4 mm and the expandable granules had a density of 680 kg / m 3 .
Durch Einwirkung von strömendem Wasserdampf wurden die Granulate vorgeschäumt. Die geschäumten Granulatperlen besitzen eine Dichte von 36 kg/m3. Die minimale Schüttdichte der geschäumten Granulatperlen betrug nach 13 Wochen noch 53 kg/m3. The granules were prefoamed by the action of flowing steam. The foamed granules have a density of 36 kg / m 3 . The minimum bulk density of the foamed granule beads was still 53 kg / m 3 after 13 weeks.
Beispiel 2: Example 2:
4,9 Anteile iso-Pentan (Komponente vi-1 ) und 0,1 Anteile Stickstoff (vii-1 ) wurden in eine Schmelze aus 79,3 Anteilen Komponente i-1 , 20 Anteilen Komponente ii-1 , 0,3 Anteilen Kom- ponente iv-1 und 0,4 Anteilen Komponente v-1 bei einer Schmelztemperatur von 160-240°C eingemischt. 4.9 parts of iso-pentane (component vi-1) and 0.1 part of nitrogen (vii-1) were added to a melt of 79.3 parts of component i-1, 20 parts of component ii-1, 0.3 parts of com Component iv-1 and 0.4 part of component v-1 are mixed at a melt temperature of 160-240 ° C.
Die Schmelze wurde mit einem Durchsatz von 4,5 kg/h durch eine Düsenplatte mit einer Bohrung (Durchmesser 0,65 mm) gefördert. Mit Hilfe einer druckbeaufschlagten (15 bar) Unterwas- sergranulierung wurden kompakte (annukleierte/vornukleierte) Granulate mit enger Größenverteilung hergestellt. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 1 ,4 mm und das expandierbare Granulat besaß eine Dichte von 695 kg/m3. The melt was conveyed at a rate of 4.5 kg / h through a die plate having a bore (diameter 0.65 mm). Using pressurized (15 bar) underwater granulation, compact (annuklierte / vorukleierte) granules were made with a narrow size distribution. The average particle size was 1.4 mm and the expandable granules had a density of 695 kg / m 3 .
Durch Einwirkung von strömendem Wasserdampf wurden die Granulate vorgeschäumt. Die geschäumten Granulatperlen besitzen eine Dichte von 53 kg/m3. Die minimale Schüttdichte der geschäumten Granulatperlen betrug nach 13 Wochen noch 68 kg/m3. The granules were prefoamed by the action of flowing steam. The foamed granules have a density of 53 kg / m 3 . The minimum bulk density of the foamed granule beads was still 68 kg / m 3 after 13 weeks.
Beispiel 3: 4,9 Anteile iso-Pentan (Komponente vi-1 ) und 0,1 Anteile Stickstoff (vii-1 ) wurden in eineExample 3: 4.9 parts of iso-pentane (component vi-1) and 0.1 part of nitrogen (vii-1) were in a
Schmelze aus 69,3 Anteilen Komponente i-1 , 30 Anteilen Komponente ii-1 , 0,3 Anteilen Komponente iv-1 und 0,4 Anteilen Komponente v-1 bei einer Schmelztemperatur von 160-240°C eingemischt. Die Schmelze wurde mit einem Durchsatz von 4,5 kg/h durch eine Düsenplatte mit einer Bohrung (Durchmesser 0,65 mm) gefördert. Mit Hilfe einer druckbeaufschlagten (15 bar) Unterwas- sergranulierung wurden kompakte (annukleierte/vornukleierte) Granulate mit enger Größenverteilung hergestellt. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 1 ,4 mm und das expandierbare Granulat besaß eine Dichte von 725 kg/m3. Durch Einwirkung von strömendem Wasserdampf wurden die Granulate vorgeschäumt. Die geschäumten Granulatperlen besitzen eine Dichte von 65 kg/m3. Die minimale Schüttdichte der geschäumten Granulatperlen betrug nach 13 Wochen noch 85 kg/m3. Beispiel 4: Melt of 69.3 parts component i-1, 30 parts component ii-1, 0.3 parts component iv-1 and 0.4 parts component v-1 mixed at a melt temperature of 160-240 ° C. The melt was conveyed at a rate of 4.5 kg / h through a die plate having a bore (diameter 0.65 mm). Using pressurized (15 bar) underwater granulation, compact (annuklierte / vorukleierte) granules were made with a narrow size distribution. The average particle size was 1.4 mm and the expandable granules had a density of 725 kg / m 3 . The granules were prefoamed by the action of flowing steam. The foamed granules have a density of 65 kg / m 3 . The minimum bulk density of the foamed granule beads was still 85 kg / m 3 after 13 weeks. Example 4:
4,9 Anteile iso-Pentan (Komponente vi-1 ) und 0,1 Anteile Stickstoff (vii-1 ) wurden in eine Schmelze aus 59,3 Anteilen Komponente i-1 , 30 Anteilen Komponente ii-1 , 10 Anteilen Komponente iii-1 , 0,3 Anteilen Komponente iv-1 und 0,4 Anteilen Komponente v-1 bei einer Schmelztemperatur von 160-240°C eingemischt. 4.9 parts of isopentane (component vi-1) and 0.1 part of nitrogen (vii-1) were dissolved in a melt of 59.3 parts of component i-1, 30 parts of component ii-1, 10 parts of component iii. 1, 0.3 parts of component iv-1 and 0.4 parts of component v-1 mixed at a melting temperature of 160-240 ° C.
Die Schmelze wurde mit einem Durchsatz von 4,5 kg/h durch eine Düsenplatte mit einer Bohrung (Durchmesser 0,65 mm) gefördert. Mit Hilfe einer druckbeaufschlagten (15 bar) Unterwas- sergranulierung wurden kompakte (annukleierte/vornukleierte) Granulate mit enger Größenver- teilung hergestellt. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 1 ,4 mm und das expandierbare Granulat besaß eine Dichte von 750 kg/m3. The melt was conveyed at a rate of 4.5 kg / h through a die plate having a bore (diameter 0.65 mm). Using pressurized (15 bar) underwater granulation, compact (annuklierte / vorukleierte) granules were produced with a narrow size distribution. The average particle size was 1.4 mm and the expandable granules had a density of 750 kg / m 3 .
Durch Einwirkung von strömendem Wasserdampf wurden die Granulate vorgeschäumt. Die geschäumten Granulatperlen besitzen eine Dichte von 140 kg/m3. Die minimale Schüttdichte der geschäumten Granulatperlen betrug nach 13 Wochen noch 286 kg/m3. The granules were prefoamed by the action of flowing steam. The foamed granules have a density of 140 kg / m 3 . The minimum bulk density of the foamed granule beads was still 286 kg / m 3 after 13 weeks.
Vergleichsbeispiel 5: Comparative Example 5:
4,9 Anteile iso-Pentan (Komponente vi-1 ) und 0,1 Anteile Stickstoff (vii-1 ) wurden in eine Schmelze aus 59,3 Anteilen Komponente i-1 , 40 Anteilen Komponente ii-1 , 0,3 Anteilen Komponente iv-1 und 0,4 Anteilen Komponente v-1 bei einer Schmelztemperatur von 160-240°C eingemischt. 4.9 parts of iso-pentane (component vi-1) and 0.1 part of nitrogen (vii-1) were added to a melt of 59.3 parts component i-1, 40 parts component ii-1, 0.3 parts component iv-1 and 0.4 parts of component v-1 are mixed at a melt temperature of 160-240 ° C.
Die Schmelze wurde mit einem Durchsatz von 4,5 kg/h durch eine Düsenplatte mit einer Boh- rung (Durchmesser 0,65 mm) gefördert. Mit Hilfe einer druckbeaufschlagten (15 bar) Unterwas- sergranulierung wurden kompakte (annukleierte/vornukleierte) Granulate mit enger Größenverteilung hergestellt. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 1 ,4 mm und das expandierbare Granulat besaß eine Dichte von 745 kg/m3. Durch Einwirkung von strömendem Wasserdampf wurden die Granulate vorgeschäumt. Die geschäumten Granulatperlen besitzen eine Dichte von 218 kg/m3. Die minimale Schüttdichte der geschäumten Granulatperlen betrug nach 13 Wochen noch 551 kg/m3. The melt was conveyed at a rate of 4.5 kg / h through a nozzle plate with a bore (diameter 0.65 mm). Using pressurized (15 bar) underwater granulation, compact (annuklierte / vorukleierte) granules were made with a narrow size distribution. The average particle size was 1.4 mm and the expandable granules had a density of 745 kg / m 3 . The granules were prefoamed by the action of flowing steam. The foamed granules have a density of 218 kg / m 3 . The minimum bulk density of the foamed granule beads was still 551 kg / m 3 after 13 weeks.
Tabelle 1 : Table 1 :
Bsp-1 Bsp-2 Bsp-3 Bsp-4 Vgl. Bsp-5Example 1 Bsp-2 Bsp-3 Bsp-4 See Bsp-5
PLA/PHBH PLA/PHBH PLA/PHBH PLA/PHBH/ PLA/PHBH PBSSe PLA / PHBH PLA / PHBH PLA / PHBH PLA / PHBH / PLA / PHBH PBSSe
Komponente i-1 89,3 79,3 69,3 59,3 59,3Component i-1 89.3 79.3 69.3 59.3 59.3
Komponente ii-1 10 20 30 30 40 Component ii-1 10 20 30 30 40
Komponente iii-1 0 0 0 10 0  Component iii-1 0 0 0 10 0
Komponente iv-1 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3  Component iv-1 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Komponente v-1 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4  Component v-1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Komponente vi-1 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9  Component vi-1 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9
Komponente vii-1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1  Component vii-1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Minimale Schüttdichte  Minimum bulk density
680 695 725 750 745  680 695 725 750 745
Granulate  granules
(kg/m3)  (Kg / m3)
Minimale Schüttdichte Schaum,  Minimum bulk density foam,
36 53 65 140 218 direkt nach Produktion (kg/m3)  36 53 65 140 218 directly after production (kg / m3)
Minimale Schüttdichte Schaum  Minimum bulk density foam
53 68 85 286 551 nach 13 Wochen  53 68 85 286 551 after 13 weeks
(kg/m3)  (Kg / m3)
Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen deutlich, dass mit steigendem Polyhydroxyalkanoat-Anteil die Kristallinität von expandierbarem Granulat und insbesondere auch den geschäumten Granulatperlen ansteigt. The results in Table 1 clearly show that as the proportion of polyhydroxyalkanoate increases, the crystallinity of expandable granules and, in particular, also of the foamed granule beads, increases.
Bei zu hohem Polyhydroxyalkanoat-Anteil (Komponente ii über 30 Gew.-%) lassen sich keine geschäumten Granulatperlen geringer Dichte mehr herstellen (siehe Vergleichsbeispiel 5). Überraschenderweise ist dieser Effekt bei Verwendung von Polymilchsäure-haltigen Polymeren, die zusätzlich 1 bis 29,9 Gew.-% eines aliphatischen oder teilaromatischen Polyesters enthalten (Komponente iii), nicht so deutlich ausgeprägt (Beispiel 4) als bei einem Polymilchsäure- haltigen Polymer, das keine Komponente iii aufweist. If the proportion of polyhydroxyalkanoate is too high (component ii above 30% by weight), foamed granulated beads of low density can no longer be produced (see Comparative Example 5). Surprisingly, this effect is not so pronounced when using polylactic acid-containing polymers which additionally contain from 1 to 29.9% by weight of an aliphatic or partly aromatic polyester (component iii) (Example 4) than in the case of a polylactic acid-containing polymer, which has no component iii.
Tabelle 2: Kristallinität gemessen mittels SAXS-Analyse Table 2: Crystallinity measured by SAXS analysis
Kristallinität Granulat (%) Kristallinität Schaumperle (%)Crystallinity granules (%) crystallinity foam bead (%)
Bsp-1 1 8 Example 1 8
Bsp-4 13 17  Example 4 13 17
Vgl.-Bsp-5 17 18  Comp. Ex. 5 17 18

Claims

Patentansprüche:  claims:
Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granulaten, umfassend die Schritte: a) Aufschmelzen und Einmischen der Komponenten i) 61 ,9 bis 98,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Polymilchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydro- xyalkanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines Epoxidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester und v) 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines oder mehrerer Additive, A process for the preparation of expandable polylactic acid-containing granules, comprising the steps of: a) melting and blending the components i) 61, 9 to 98.9 wt .-%, based on the total weight of components i to iv, polylactic acid, ii) 1 to 38% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) 0 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one aliphatic-based polyester and / or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds; iv) from 0.1 to 2% by weight, based on the total weight of components i to iv, of an epoxide-group-containing copolymer based on styrene, acrylic ester and / or methacrylic acid ester and v) 0 to 10% by weight, based on the Total weight of components i to v, one or more additives,
Einmischen vi) 3 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines organischen Treibmittels in die Polymerschmelze mittels eines statischen oder dynamischen Mischers bei einer Temperatur von mindestens 140°C, Mixing vi) 3 to 7% by weight, based on the total weight of components i to v, of an organic blowing agent into the polymer melt by means of a static or dynamic mixer at a temperature of at least 140 ° C.,
Austrag durch eine Düsenplatte mit Bohrungen, deren Durchmesser am Düsenaustritt höchstens 1 ,5 mm beträgt und d) Granulieren der treibmittelhaltigen Schmelze direkt hinter der Düsenplatte unter Wasser bei einem Druck im Bereich von 1 bis 30 bar. Discharge through a nozzle plate with holes whose diameter at the nozzle outlet is at most 1, 5 mm and d) granulating the blowing agent-containing melt directly behind the nozzle plate under water at a pressure in the range of 1 to 30 bar.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente i) in Stufe a) Polymilchsäure mit einer MVR nach ISO 1 133 [190°C/2,16 kg] von 5 bis 8 ml/10 Minuten eingesetzt wird. A method according to claim 1, characterized in that as component i) in step a) polylactic acid with an MVR to ISO 1 133 [190 ° C / 2.16 kg] of 5 to 8 ml / 10 minutes is used.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Polyhydroxyalkanoat (Komponente ii) in Stufe a) ein Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) oder ein Poly(3- hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) eingesetzt wird. Process according to Claim 1, characterized in that the polyhydroxyalkanoate (component ii) used in stage a) is a poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) or a poly (3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Treibmittel in Stufe b) iso-Pentan eingesetzt wird. A method according to claim 1, characterized in that iso-pentane is used as the organic blowing agent in step b).
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwasser- granulierung bei einer Temperatur von 5 bis 20 °C durchgeführt wird. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the underwater granulation is carried out at a temperature of 5 to 20 ° C.
Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Polymilchsäure-haltigen Granulaten, umfassend die Schritte: a) Aufschmelzen und Einmischen der Komponenten i) 61 ,9 bis 98,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Polymilchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydro- xyalkanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines Epoxidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester und v) 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines Nukle- ierungsmittels, b) Einmischen vi) 1 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines organischen Treibmittels und vii) 0,01 bis 5 Gew.-% eines Co-TreibmittelsProcess for the preparation of expandable polylactic acid-containing granules, comprising the steps: a) melting and mixing the components i) 61, 9 to 98.9 wt .-%, based on the total weight of components i to iv, polylactic acid, ii) 1 to 38 wt .-%, based on the total weight of the components i to iv, at least one polyhydroxyalkanoate, iii) 0 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyester based on aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds; iv) 0.1 to 2 wt .-%, based on the total weight of components i to iv, of an epoxy group-containing copolymer based on styrene, acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester and v) 0.1 to 5 wt .-%, based on the total weight of components i to v, of a nucleating agent, b) mixing in vi) 1 to 7% by weight, based on the total weight of components i to v, of an organic blowing agent and vii) 0.01 to 5 wt. -% of a co-propellant
- ausgewählt aus der Gruppe Stickstoff, Kohlendioxid, Argon, Helium oder Mischungen davon - in die Polymerschmelze mittels eines statischen oder dynamischen Mischers bei einer Temperatur von mindestens 140°C, c) Austrag durch eine Düsenplatte mit Bohrungen, deren Durchmesser am Düsenaustritt höchstens 1 ,5 mm beträgt und d) Granulieren der treibmittelhaltigen Schmelze direkt hinter der Düsenplatte unter Wasser bei einem Druck im Bereich von 1 bis 30 bar. - selected from the group of nitrogen, carbon dioxide, argon, helium or mixtures thereof - in the polymer melt by means of a static or dynamic mixer at a temperature of at least 140 ° C, c) discharge through a nozzle plate with holes whose diameter at the nozzle exit at most 1, 5 mm and d) granulating the blowing agent-containing melt directly behind the die plate under water at a pressure in the range of 1 to 30 bar.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwassergranulierung bei 20 bis 80 °C durchgeführt wird. A method according to claim 6, characterized in that the underwater granulation is carried out at 20 to 80 ° C.
Expandierbare Polymilchsäure-haltige Granulate erhältlich nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schüttdichte im Bereich von 580 bis 800 kg/m3 aufweisen. Expandable polylactic acid-containing granules obtainable by a process according to claims 5 to 7, characterized in that they have a bulk density in the range of 580 to 800 kg / m 3 .
Expandierbare Polymilchsäure-haltige Granulate, mit einem Feststoffanteil von 93 bis 97 Gew.-% enthaltend: i) 61 ,9 bis 98,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, Polymilchsäure, ii) 1 bis 38 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyhydroxyalkanoats, iii) 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäu- ren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen; iv) 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, einesExpandable polylactic acid-containing granules, having a solids content of 93 to 97 wt .-% comprising: i) 61, 9 to 98.9 wt .-%, based on the total weight of components i to iv, polylactic acid, ii) 1 to 38 % By weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyhydroxyalkanoate, iii) 0 to 30% by weight, based on the total weight of components i to iv, of at least one polyester based on aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds; iv) 0.1 to 2 wt .-%, based on the total weight of components i to iv, one
Epoxidgruppen-haltigen Copolymers auf Basis Styrol, Acrylsäureester und/oder Meth- acrylsäureester, und v) 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis v, eines o- der mehrerer Additive; und einem Anteil von 3 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponen ten i bis v, eines organischen Treibmittels. 10. Verfahren zur Herstellung von Partikelschaumformteilen, dadurch gekennzeichnet, dass man expandierbare Polymilchsäure-haltige Granulate gemäß den Ansprüchen 8 bis 9 in einem ersten Schritt mittels Heißluft oder Wasserdampf zu Schaumpartikeln mit einer Dichte im Bereich von 8 bis 100 kg/m3 vorschäumt und in einem zweiten Schritt in einer geschlossenen Form verschweißt. Epoxy group-containing copolymer based on styrene, acrylic ester and / or methacrylic acid ester, and v) 0 to 10 wt .-%, based on the total weight of components i to v, of one or more additives; and an amount of from 3 to 7% by weight, based on the total weight of the components i to v, of an organic blowing agent. 10. A process for the production of particle foam moldings, characterized in that prefoamed expandable polylactic acid-containing granules according to claims 8 to 9 in a first step by means of hot air or steam to foam particles having a density in the range of 8 to 100 kg / m 3 and in welded in a second step in a closed mold.
1 1 . Verwendung der expandierbare Polymilchsäure-haltige Granulate gemäß den Ansprüchen 8 bis 9 zur Herstellung von Fleisch-, Wurst,- und Suppenschalen, Getränkebechern, Agro- Artikeln, Verpackung von Lebensmitteln, Elektro-Artikeln, zur Isolierung in der Bauindustrie und zur Schock- und Schallabsorption. 1 1. Use of the expandable polylactic acid-containing granules according to claims 8 to 9 for the production of meat, sausage, and soup bowls, beverage cups, agro-articles, food packaging, electrical articles, for insulation in the construction industry and for shock and sound absorption ,
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