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Dokumentenidentifikation DE102005051516A1 03.05.2007
Titel Dekomittel aus biologisch abbaubarem Kunststoff
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Scherzer, Dietrich, Dr., 67433 Neustadt, DE;
Dittrich-Krämer, Brigitte, Dr., 67112 Mutterstadt, DE;
Skupin, Gabriel, 67346 Speyer, DE
DE-Anmeldedatum 26.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005051516
Offenlegungstag 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse C08L 67/00(2006.01)A, F, I, 20051026, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C08J 5/10(2006.01)A, L, I, 20051026, B, H, DE   A47G 33/08(2006.01)A, L, I, 20051026, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft Dekomittel aus biologisch abbaubarem Kunststoff.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Dekomittel aus biologisch abbaubarem Kunststoff.

Dekomittel sind seit geraumer Zeit bekannt. Betrachtet man beispielsweise Weihnachtsschmuck, so besteht dieser in der Regel aus unterschiedlichen Materialien wie beispielsweise Glas, Holz, Metall, Filz und Papier.

Alljährlich gelangen beispielsweise Weihnachtsbäume, die noch erhebliche Mengen Lametta oder Girlanden aus Metall enthalten, auf Mülldeponien und in Müllverbrennungsanlagen. Die Umwelt wird dadurch belastet. Auch ist das Entfernen des Lamettas oder der Girlanden zeitaufwendig und führt zum weiteren Abrieseln der Nadeln.

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind ebenfalls bekannt und werden bisher beispielsweise in Müllsäcken für Bioabfall, für Mulchabdeckungen oder als Verpackungsmaterial im Nahrungsmittelsektor eingesetzt.

Dekomaterialien wie beispielsweise Lametta aus biologisch abbaubarem Kunststoff waren bisher nicht bekannt.

Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass beispielsweise der Weihnachtsschmuck nicht separat entsorgt werden muss, sondern zusammen mit dem Weihnachtsbaum deponiert oder verbrannt werden kann. Unter Kompostierbedingungen kommt es zum raschen Abbau der Dekomaterialien.

"Biologische Abbaubarkeit" bedeutet, dass ein Werkstoff in einer endlichen Zeitspanne zerfällt. Der Abbau kann hydrolytisch und/oder oxidativ erfolgen und wird überwiegend durch die Einwirkung von Mikroorganismen, wie Bakterien, Hefen, Pilzen und Algen, bewirkt. Die biologische Abbaubarkeit lässt sich z.B. dadurch bestimmen, dass ein Werkstoff mit Kompost gemischt und über eine bestimmte Zeitspanne gelagert wird. Gemäß ASTM D 5338 lässt man während des Kompostierens CO2-freie Luft durch gereiften Kompost strömen und unterwirft diesen einem definierten Temperaturprogramm. Hierbei wird die biologische Abbaubarkeit über das Verhältnis der Netto-CO2-Freisetzung der Probe (nach Abzug der CO2-Freisetzung durch den Kompost ohne Probe) zur maximalen CO2-Freisetzung der Probe (berechnet aus dem Kohlenstoffgehalt der Probe) definiert. Erfindungsgemäß eingesetzte Kunststoffteilchen zeigen vorzugsweise bereits nach wenigen Tagen der Kompostierung deutliche Abbauerscheinungen, wie Pilzbewuchs, Riss- oder Lochbildung.

Geeignete biologisch abbaubare Kunststoffe sind insbesondere Polyester, wie aliphatische Homo- und Copolyester und teilaromatische Copolyester.

Als aliphatische Polyester kommen Polyester der Milchsäure (Polylactide), Homo- und Copolyester aliphatischer Hydroxycarbonsäuren oder deren Lactone sowie Homo- und Blockcopolymere aliphatischer oder cycloaliphatischer Carbonsäuren mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Diolen in Betracht.

Polymere der Milchsäure (Polylactide) sind an sich bekannt (z.B. Lacea®, Mitsui, oder Nature Works®, Cargill-Dow) oder können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Geeignet sind auch statistische Polymere oder Blockcopolymere auf der Basis von Milchsäure und weiteren Monomeren. Beispiele für aliphatische Polyester sind weiterhin Homopolymere aliphatischer Hydroxycarbonsäuren oder Lactone, wie Polycaprolacton, z.B. Tone®, Union Carbide, aber auch Copolymere oder Blockcopolymere unterschiedlicher Hydroxycarbonsäuren oder Lactone oder deren Gemische. Diese aliphatischen Polyester können in untergeordneten Mengen auch Diole und/oder Isocycanate enthalten. Darüber hinaus können die aliphatischen Polyester auch Bausteine enthalten, die sich von tri- und höherfunktionellen Verbindungen, wie Epoxiden, Polycarbonsäuren oder Triolen, ableiten. Geeignete Polyester sind z.B. die Homo- und Copolymere der 3-Hydroxybutansäure und der 3-Hydroxypentansäure, wie Biocycle® der Fa. PHB Industries oder Enmat® der Fa. Tianan.

Weitere geeignete aliphatische Polyester sind solche, die aus im Wesentlichen stöchi- ometrischen Mengen einer Dicarbonsäurekomponente und einer Diolkomponente aufgebaut sind. Als Dicarbonsäuren kommen aliphatische Dicarbonsäuren in Betracht, die im Allgemeinen 2 bis 10 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatome aufweisen und sowohl linear als auch verzweigt sein können. Beispielhaft sind zu nennen: Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Acelainsäune, Sebacinsäure, Fumarsäure, 2,2-Dimethylglutarsäure, Suberinsäure, 1,3-Cyclopentandicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, 1,3-Cyclohexandicarbonsäure, Diglycolsäure, Itaconsäure, Maleinsäure und 2,5-Norbornandicarbonsäure, worunter Adipinsäure bevorzugt ist.

Geeignete Diolkomponenten sind die C2-C12-Alkandiole und C5-C10-Cycloalkandiole, wie Ethylenglycol, Propandiol, 1,4-Butandiol, Neopentylglycol oder Hexandiol oder Gemische davon.

Derartige Polyester sind unter Bezeichnungen Bionolle® bzw. Showa Highpolymer im Handel.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind teilaromatische Polyester. Unter teilaromatischen Polyestern versteht man Polyester, die teilweise aliphatische oder cycloaliphatische Strukturelemente und aromatische Strukturelemente in der Polyesterkette aufweisen. Üblicherweise sind teilaromatische Polyester aus wenigstens einer aromatischen Dicarbonsäurekomponente, einer aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Dicarbonsäurekomponente und einer aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diolkomponente aufgebaut. Die teilaromatischen Polyester können auch im Gemisch oder als Blend mit den oben genannten aliphatischen Polyestern eingesetzt werden.

Besonders bevorzugt sind Polyester, bei denen die Dicarbonsäurekomponente 30 bis 80 mol-% wenigstens einer aliphatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure und 20 bis 70 mol-% wenigstens einer aromatischen Dicarbonsäure umfassen und die Diolkomponente unter C2-C12-Alkandiolen, C5-C10-Cycloalkandiolen und Gemischen davon ausgewählt ist.

Geeignete aliphatische bzw. cycloaliphatische Dicarbonsäuren sind die oben genannten. Besonders bevorzugt werden Adipinsäure und/oder Sebacinsäure eingesetzt. Als aromatische Dicarbonsäuren sind im Allgemeinen solche mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise solche mit 8 Kohlenstoffatomen zu nennen. Als Beispiel lassen sich Terephthalsäure, Isophthalsäure, 2,6-Naphthoesäure und 1,5-Naphthoesäure anführen. Terephthalsäure ist besonders bevorzugt. Geeignete (Cyclo)alkandiole sind die oben genannten, wobei Ethylenglycol und/oder 1,4-Butandiol bevorzugt sind.

Teilaromatische Polyester sind beispielsweise Ecoflex® und Eastar Bio® aus den WO 96/15173 bis 15176, WO 96/21689 bis 21692, WO 96/25446, WO 96/25448 und der WO 98/12242 bekannt, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Zur Herstellung der Polyester kann man von den freien Säuren oder deren esterbildenden Derivaten, wie Estern mit niederen Alkoholen oder Anhydriden, ausgehen.

Bei der Herstellung der Polyester können untergeordnete Mengen copolymerisierbarer weiterer Verbindungen eingesetzt werden, wie z.B. Polyetherglycole, Sulfogruppentragende Dicarbonsäuren, Aminoalkohole, Diamine, Bisoxazoline, Aminocarbonsäuren, Diisocyanate usw.

Verzweigungsmittel, wie tri- oder höherfunktionelle Carbonsäuren oder Alkohole, z.B. Weinsäure, Citronensäure, Apfelsäure, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Pentaerythrit, Glycerin, Trimesinsäure, Trimellitsäure etc., können ebenfalls mitverwendet werden.

Die Polyester weisen im Allgemeinen ein Molekulargewicht (Zahlenmittelwert) von 5 000 bis 100 000 g/mol, insbesondere 10 000 bis 40 000 g/mol, auf. Die Polyester weisen vorzugsweise einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 170°C, insbesondere im Bereich von 80 bis 150°C auf.

Weitere biologisch abbaubare Kunststoffe, die alleine oder vorzugsweise im Gemisch oder als Blend mit den oben beschriebenen Polyestern, insbesondere den teilaromatischen Copolyestern, eingesetzt werden können, sind Polyvinylalkohole, Polyaminosäuren, wie Polyasparaginsäure, Polyglutaminsäure, Polylysin, hochmolekulare Polyethylenglycole, Fettalkoholpolyglycolether bzw. -ethersulfate und Polyesteramide, wie die unter der Bezeichnung BAK-Polymere von der Bayer AG vertrieben.

Das erfindungsgemäße Dekomittel kann neben dem feinteiligen, biologisch abbaubaren Kunststoff weitere Komponenten, insbesondere teilchenförmige Füllstoffe enthalten.

Zu bevorzugten teilchenförmigen Füllstoffen zählen natürliche oder modifizierte natürliche organische Füllstoffe, wie insbesondere polysaccharidhaltige, z.B. cellulosehaltige oder stärkehaltige, Füllstoffe. Cellulosehaltige Füllstoffe sind z.B. Holzmehl, Holzfasern, Kork, Korkmehl, Rinden, Pflanzenfasern sowie chemisch modifizierte Cellulosen. Stärkehaltige Füllstoffe sind z.B. Kartoffelstärke, Maisstärke, Roggenmehl und andere Getreidemehle sowie chemisch modifizierte Stärken.

Als weitere natürlich oder modifizierte natürliche organische Füllstoffe sind zu nennen: Lignine, tierische Proteine, Chitin, Chitosan, Collagen, Xanthan, Dextran, Alginate, Carrageen, Dextrine, Gelatine, Pektine, Gummi arabicum, Johannisbrotkernmehl, Guar- und Tamarindenkernmehl und Tragant.

Das erfindungsgemäße Dekomittel kann daneben teilchenförmige mineralische Füllstoffe enthalten. Hierzu zählen vor allem Ruß, Eisenoxide, Kieselsäure, Tonmineralien, Calciumcarbonat, Talkum, Glimmer, Kreide, Siliciumdioxid, Quarz, Titandioxid, Wollastonit und Knochenmehle.

Die teilchenförmigen mineralischen Füllstoffe weisen vorzugsweise eine Teilchengröße von 1 &mgr;m bis 1 mm auf, insbesondere 10 &mgr;m bis 500 &mgr;m.

Insbesondere bevorzugt werden den Dekomitteln Farbmittel zugefügt, die dem Dekomittel einen farbigen oder metallisch glänzenden Eindruck verleihen.

Beispielhaft weist ein Dekomittel die folgende Zusammensetzung auf:

  • i) 5 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis ii, mindestens eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindung;
  • ii) 10 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis ii, mindestens Homo- oder Copolyester ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polylactid (PLA), Polycaprolacton, Polyhydroxyalkanoate (z.B. PHB oder PHB/V) und Polyester aus aliphatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Diolen;
  • iii) 0,1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis ii, eines Epoxidgruppen-haltigen Styrols und/oder (Meth)acrylmonomers;
  • iv) 0–15 % Additive wie Nukleierungsmittel, Gleit- und Antiblockmittel, Wachse, Antistatika, Antifog-Mittel oder Farbstoffe; und
  • v) 0–50 % anorganische oder organische Füllstoffe wie Kreide, Talkum, Silikate, Kaolin, Glimmer, Wollastonite, Montmorillonite oder cellulosehaltige Fasern wie z.B. Baumwolle, Flachs, Hanf, Brennnesselfasern o.ä.


Anspruch[de]
Dekomittel aus biologisch abbaubarem Kunststoff. Weihnachtsschmuck aus biologisch abbaubarem Kunststoff. Lametta aus biologisch abbaubarem Kunststoff. Dekomittel nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem biologisch abbaubaren Kunststoff um ein Polymer oder ein Gemisch aus mehreren Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polylactid, Polycaprolacton, Polyhydroxyalkanoat, Polyester auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Diolen und Polyester aus aliphatischen Dicarbonsäuren und Diolen, handelt. Dekomittel nach den Ansprüchen 1 und 4 enthaltend die Zusatzstoffe: Füllstoffe, Farbmittel, Geruchsstoffe, Glanzmittel, Gleit- und Trennmittel, Neutralisationsmittel, Antiblockmittel und/oder Stabilisatoren. Verwendung von biologisch abbaubarem Kunststoff zur Herstellung von Dekomitteln.






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