DE19830774A1 - Thermoplastic biodegradable molded article with good tensile strength - Google Patents
Thermoplastic biodegradable molded article with good tensile strengthInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein biologisch abbaubares Material für Formkörper, das aus einer biologisch abbaubaren thermoplastischen Matrix und einem zum Teil defibril lierten pflanzlichen Fasermaterial besteht, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen mittels Spritzguß.The invention relates to a biodegradable material for molded bodies that consists of a biodegradable thermoplastic matrix and a partially defibril lated vegetable fiber material, as well as a process for the production of Objects by means of injection molding.
Im Bestreben, durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe bzw. biologisch abbau barer Werkstoffe Entlastung für die Umwelt zu bewirken bzw. zumindest teilweise geschlossene Stoffkreisläufe zu schaffen, sind in den letzten 20 Jahren einige biolo gisch abbaubare bzw. kompostierbare Werkstoffe, wie beispielsweise thermoplasti sche Stärke (TPS), Polyhydroxybuttersäure (PHB), Polycaprolacton (PCL), Poly milchsäure (PLA) Stärkediacetat und Cellulosediacetat entwickelt worden.In the endeavor, through the use of renewable raw materials or biodegradation to bring about relief for the environment or at least partially Creating closed material cycles has been some biolo in the last 20 years Gisch degradable or compostable materials, such as thermoplastic cal starch (TPS), polyhydroxybutyric acid (PHB), polycaprolactone (PCL), poly lactic acid (PLA) starch diacetate and cellulose diacetate have been developed.
Andererseits gibt es schon seit langem Bestrebungen, die speziellen Eigenschaften von Naturfasern zur Modifizierung der Eigenschaften von Kunststoffen zu nutzen und, besonders in der Frühzeit der Entwicklung herkömmlicher Kunststoffe, dadurch das Material preiswerter zu machen.On the other hand, there have long been efforts to find the special properties to use natural fibers to modify the properties of plastics and, especially in the early days of the development of conventional plastics, thereby to make the material cheaper.
Beide Aspekte, Festigkeit der Naturfasern und Senkung des Preisniveaus, spielen bei den Versuchen der Compoundierung von biologisch abbaubaren bzw. kompo stierbaren Polymeren mit Holzmehl und anderen Naturfaserstoffen eine wesentliche Rolle. Neben verschiedenen Varianten der Vermischung von Stärke bzw. stärkehal tigen Komponenten mit Faserstoffen in wäßriger Phase und anschließender Ver pressung des Gemisches, wie z. B. in DE 43 17 692, sind als thermoplastisch verar beitbare Mischungen u. a. die Kombinationen Stärke/EVOH (Mater-Bi) mit Holzmehl (WO 94/03543), Maismehl/Naturharze mit Holz (WO 95/04111), Polycaprolacton mit Holzmehl (US 3 850 863), sowie Polyesteramid (BAK) mit Holzmehl (DE 195 35 715) beschrieben worden. Both aspects, the strength of the natural fibers and the lowering of the price level, play a role in the attempts to compound biodegradable or compo adjustable polymers with wood flour and other natural fibers are essential Role. In addition to different variants of mixing starch or starchy half term components with fibers in the aqueous phase and subsequent Ver pressing the mixture, such as. B. in DE 43 17 692, are verar as thermoplastic machinable mixtures, among others the combinations of starch / EVOH (Mater-Bi) with wood flour (WO 94/03543), corn flour / natural resins with wood (WO 95/04111), polycaprolactone with Wood flour (US 3 850 863), as well as polyester amide (BAK) with wood flour (DE 195 35 715) has been described.
Ähnliche Lösungen werden für Mischungen aus Stärkeacetat und Naturfasern, vor nehmlich Holzmehl und Cellulosefasern, in WO 97/28214, WO 97/03121 sowie in DE 195 00 283 angegeben. Allen drei Lösungen ist gemeinsam, daß sie die gute Bindefähigkeit von Stärkeacetat zu Naturfasern ausnutzen, um die mechanischen Eigenschaften der thermoplastischen Stärkeacetat-Compounds zu verbessern. In DE 195 00 283 wird dazu noch ein nicht näher bezeichneter Haftvermittler einge setzt. In WO 97/03121 wird der Einsatz von verschiedenen Stärkederivaten (Ester, Ether, gepfropfte und abgebaute bzw. oxydierte Stärken) und Weichmacherkompo nenten zur Eigenschaftsvariation verwendet. In WO 97/28214 wird ebenfalls der Einsatz von Stärkeestern beschrieben, als entscheidende Verbesserung wird hier der Einsatz von Microfasern von 75-750 Micrometern und einem L/D-Verhältnis von 3 bis 60 angegeben. Allen diesen Varianten gemeinsam ist, daß die Naturfasern in ihrer ursprünglichen Form als Füllstoff genutzt werden.Similar solutions are provided for mixtures of starch acetate and natural fibers namely wood flour and cellulose fibers, in WO 97/28214, WO 97/03121 and in DE 195 00 283 indicated. What all three solutions have in common is that they are good Binding ability of starch acetate to natural fibers exploit the mechanical To improve the properties of the thermoplastic starch acetate compounds. In DE 195 00 283 also includes an unspecified adhesion promoter puts. In WO 97/03121 the use of various starch derivatives (esters, Ethers, grafted and degraded or oxidized starches) and plasticizer compounds nents used to vary the properties. In WO 97/28214 is also the Use of starch esters is described here as a decisive improvement the use of microfibers of 75-750 micrometers and an L / D ratio of 3 to 60 indicated. What all these variants have in common is that the natural fibers in their original form can be used as a filler.
Für die Einarbeitung der organischen Fasern in die thermoplastische Matrix eignen sich laut Technischer Information Lignocel® (Fa. Rettenmaier & Söhne GmbH + CO) Einschneckenextruder, besser jedoch gleichsinnig drehende Doppelschneckenex truder oder Co-Kneter. Auch eine Voragglomerierung über Plastagglomeratoren oder Heiz-Kühlmischer wird empfohlen. Aufgrund der notwendigen Entgasung reicht dieser Schritt noch nicht als Vorbereitung für eine Spritzgußverarbeitung. Die Bedingungen werden dabei so gewählt, daß die Fasermaterialien möglichst we nig geschert werden und ihre ursprüngliche Form weitestgehend erhalten bleibt. Wesentlich bessere Eigenschaften können bei solchen Polymer-Faser-Compounds erreicht werden, wenn es möglich ist, die entsprechenden Faserzellen aufzubrechen und die enthaltenen Cellulosefasern zumindest zum Teil zu defibrillieren. Ein Vor gang zur Defibrillierung von Naturfasern wird in M. Avelle, E. Martuscelli, B. Pascuc ci, M. Raimo, B. Focher and A. Marzetti, Journal of Applied Polymer Science, Vol.49, 2091-2103 beschrieben.Suitable for incorporating the organic fibers into the thermoplastic matrix according to the Technical Information Lignocel® (Rettenmaier & Söhne GmbH + CO) Single screw extruder, but better co-rotating twin screw extruder truder or co-kneader. Also pre-agglomeration using plastic stagglomerators or heating-cooling mixer is recommended. Sufficient due to the necessary degassing this step is not yet in preparation for injection molding processing. The conditions are chosen so that the fiber materials as possible we nig be sheared and their original shape is largely retained. Such polymer-fiber compounds can have significantly better properties can be achieved if it is possible to break open the corresponding fiber cells and at least partially defibrillate the contained cellulose fibers. One before course for defibrillation of natural fibers is in M. Avelle, E. Martuscelli, B. Pascuc ci, M. Raimo, B. Focher and A. Marzetti, Journal of Applied Polymer Science, Vol.49, 2091-2103.
Das Fasermaterial wird dabei in seine Bestandteile, vor allem Lignose, Hemicellu lose und Cellulosefasern zerlegt. Das Zerlegen der Faserbündel in einzelne Mikrofi brillen erhöht in Verbundmaterialien mit Polymeren, die eine gute Bindefähigkeit ha ben, die Wechselwirkungen zwischen Fasern und Polymermatrix und führt damit zu verbesserten Eigenschaften des Compounds. Negativ zu vermerken ist, daß ein se parater Defibrillierungsschritt zu einer wesentlichen Verteuerung der Endprodukte führt.The fiber material is broken down into its components, especially lignose and hemicellu loose and broken down cellulose fibers. The breaking down of the fiber bundles into individual microfi Eyewear increased in composite materials with polymers that have good bonding ability ben, the interactions between fibers and polymer matrix and thus leads to improved properties of the compound. On the negative side, it should be noted that a se A separate defibrillation step leads to a significant increase in the price of the end products leads.
Die Zielstellung der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorteilhaften Eigen schaften defibrillierter Naturfasermaterialien zur Herstellung von bioabbaubaren Spritzgußartikeln zu nutzen, dabei aber die Defibrillierung in den Herstellungspro zeß des Naturfasercompounds so zu integrieren, so daß unter Minimierung der Ar beitsschritte die Defibrillierung zumindest zum Teil während des Spritzgußvorganges erfolgt und damit die Kosten der Herstellung gegenüber normalen Compounds nicht erhöht, sondern möglichst noch gesenkt werden. Die Aufwendungen für die Aufbe reitung der Compoundbestandteile sollen dabei möglichst geringer sein als bei den bisher für herkömmliche Kunststoffe bekannten Schritten.The aim of the present invention is to achieve the advantageous properties properties of defibrillated natural fiber materials for the production of biodegradable ones To use injection molded articles, but the defibrillation in the manufacturing pro Zeß of the natural fiber compound to be integrated so that while minimizing the Ar steps the defibrillation at least partially during the injection molding process takes place and thus the costs of production compared to normal compounds are not should be increased, but should be reduced if possible. The expenses for the Aufbe The preparation of the compound components should be as low as possible than with the steps known so far for conventional plastics.
Die erfindungsgemäßen Compounds bestehen aus Stärkeestern, vorwiegend aus Stärkeacetat mit einem Substitutionsgrad < 3, vorzugsweise von 1,8-2,6, biologisch abbaubaren Weichmachern, vorzugsweise Polyalkylenglykolen mit Molmassen von 200 bis 2000, vorzugsweise von 300 bis 1000. Der zusätzliche Einsatz von Gleit mitteln wie alkoxylierten Fettalkoholen oder alkoxylierten Naturharzen ist ebenso möglich, wie der Einsatz von geradkettigen Fettsäuren mit 8 bis 30 C-Atomen, vor zugsweise mit 10 bis 20 C-Atomen. Als Naturfaserkomponente wird Holzmehl in ei ner Konzentration von 10 bis 80%, vorzugsweise von 25 bis 50%, eingesetzt. Eben so ist der Einsatz von Flachs-, Hanf-, Jute-Fasern im gleichen Konzentrations bereich möglich.The compounds according to the invention consist of starch esters, predominantly of Starch acetate with a degree of substitution <3, preferably 1.8-2.6, biological degradable plasticizers, preferably polyalkylene glycols with molecular weights of 200 to 2000, preferably from 300 to 1000. The additional use of sliding agents such as alkoxylated fatty alcohols or alkoxylated natural resins is also possible, such as the use of straight-chain fatty acids with 8 to 30 carbon atoms preferably with 10 to 20 carbon atoms. As a natural fiber component, wood flour is used in egg A concentration of 10 to 80%, preferably 25 to 50%, is used. Just so is the use of flax, hemp, jute fibers in the same concentration area possible.
Ein besonderer Vorteil der im folgenden beschriebenen Verfahrensweise ist, daß durch die in den letzten Arbeitsschritt des Spritzgießens integrierte Defibrillierung der eingesetzten Fasern gleiche oder ähnliche Eigenschaften auch mit Stroh, Flachsschäben, Hanf, Schilf, Nessel, Ramie oder ähnlichen landwirtschaftlichen Produkten oder Abfallprodukten erhalten werden können und damit neben der Ver einfachung des Verfahrens und der Verbesserung der Qualität der Produkte wesent liche ökonomische und ökologische Effekte erzielt werden können. Eine schonende Produktverarbeitung wird dadurch garantiert, daß eine Agglomeration des Stärkee sters und der Faserkomponente bereits ausreicht, um anschließend in einem Schritt Spritzgußteile guter Qualität zu erzeugen.A particular advantage of the procedure described below is that thanks to the defibrillation integrated in the last step of the injection molding process the fibers used have the same or similar properties even with straw, Flax shives, hemp, reeds, nettles, ramie or similar agricultural products Products or waste products can be obtained and thus in addition to the Ver simplifying the process and improving the quality of the products essential liche economic and ecological effects can be achieved. A gentle one Product processing is guaranteed by the fact that an agglomeration of the starch sters and the fiber component is already sufficient to then in one step To produce good quality injection molded parts.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Herstellung der vorgenannten Compounds
sind folgende Verarbeitungsschritte:
The following processing steps are essential for the production of the aforementioned compounds according to the invention:
-
1. Herstellung des Stärkeacetates:
Stärke wird mit einem Gemisch aus Essigsäure und Essigsäureanhydrid aktiviert und anschließend mit einer stöchiometrischen Menge Essigsäureanhydrid bis zum gewünschten Acetylierungsgrad von 1,5 bis 2,8 verestert. Wesentlich für die erfindungsgemäße Herstellung der Naturfasercompounds ist, daß dabei auf jegli chen Katalysatoreinsatz verzichtet wird. Nur auf diese Weise ist die Aufarbeitung des Polymeren durch direktes Trocknen der essigsauren Reaktionslösung mög lich. Der notwendige Restessigsäuregehalt kann damit eingestellt werden, was für den weiteren Verlauf der Compoundierung wesentlich ist. Der Restgehalt an Es sigsäure sollte 0,5 bis 5 Ma.-%, vorzugsweise 1 bis 2 Ma.-%, betragen. Das dabei entstehende Pulver mit relativ hoher Schüttdichte und geringer innerer Oberfläche ist im Compound mit 20 bis 90 Ma.- %, berechnet auf der Grundlage eines trocke nen Stärkeacetates, enthalten. Die im Granulat verbliebene Restessigsäure hat einmal die Funktion eines zeitweiligen Weichmachers für das Stärkeacetat, zum anderen dient es im nächsten Verarbeitungsschritt als Hilfsmittel für die Defibril lierung der Naturfaserkomponente. Eine vollständige Trocknung des Stärkeace tates und eine nachträgliche Anreicherung der Mischung mit den angegebenen Essigsäurekonzentrationen führt aufgrund irreversibler Strukturierungsvorgänge im entstehenden Stärkeacetatkorn nicht zum gleichen Resultat.1. Production of the starch acetate:
Starch is activated with a mixture of acetic acid and acetic anhydride and then esterified with a stoichiometric amount of acetic anhydride to the desired degree of acetylation of 1.5 to 2.8. It is essential for the production of the natural fiber compounds according to the invention that the use of any catalyst is dispensed with. This is the only way to work up the polymer by directly drying the acetic acid reaction solution, please include. The necessary residual acetic acid content can thus be set, which is essential for the further course of the compounding process. The residual acetic acid content should be 0.5 to 5% by mass, preferably 1 to 2% by mass. The resulting powder with a relatively high bulk density and low internal surface is contained in the compound at 20 to 90% by mass, calculated on the basis of a dry starch acetate. The residual acetic acid remaining in the granulate has the function of a temporary plasticizer for the starch acetate and, in the next processing step, it serves as an aid to defibrillate the natural fiber component. Complete drying of the starch peace and subsequent enrichment of the mixture with the specified acetic acid concentrations does not lead to the same result due to irreversible structuring processes in the starch acetate granules. -
2. Vorbereiten der Naturfaserkomponente:
Die Naturfaserkomponente mit einem Anteil von 2 bis 75 Ma.-%, vorzugsweise 10 bis 65 Ma.-%, wird mit dem Polyalkylenglykol (2 bis 25 Ma.-%, vorzugsweise 4 bis 20 Ma.-%), vorzugsweise Polyethylenglykol mit einer Molmasse von 200 bis 2000 g/mol, vorzugsweise von 300 bis 1000 g/mol, vermischt. Dabei wird das bekannte Aufnahmevermögen der Faserkomponenten für derartige Substanzen genutzt.2. Prepare the natural fiber component:
The natural fiber component with a proportion of 2 to 75 wt .-%, preferably 10 to 65 wt .-%, with the polyalkylene glycol (2 to 25 wt .-%, preferably 4 to 20 wt .-%), preferably polyethylene glycol with a Molar mass from 200 to 2000 g / mol, preferably from 300 to 1000 g / mol, mixed. The known absorption capacity of the fiber components is used for such substances. -
3. Mischen der Komponenten:
Die Vermischung dieser beiden Komponenten erfolgt gegebenenfalls unter Zu satz weiterer Hilfsmittel für die thermoplastische Verarbeitung wie beispielsweise Gleitmittel und Stabilisatoren. Das können verschiedene bekannte Zusätze sein, die jedoch biologisch abbaubar sein sollten. Im einfachsten Fall kann eine lang kettige gesättigte Carbonsäure beide Funktionen ausfüllen und die biologische Abbaubarkeit des Compounds bleibt gewahrt.3. Mixing the components:
These two components are mixed, if necessary, with the addition of further auxiliaries for thermoplastic processing such as lubricants and stabilizers. These can be various known additives, but they should be biodegradable. In the simplest case, a long-chain saturated carboxylic acid can fulfill both functions and the biodegradability of the compound is preserved. -
4. Agglomerieren der Mischung:
Die vorgemischten Bestandteile des Compounds werden zu Agglomeraten ver preßt. Dabei bleibt ihre ursprüngliche Struktur erhalten. Vor der Spritzgußverar beitung ist eine Trocknung auf < 1% Restfeuchte (H2O-Gehalt) erforderlich.4. Agglomeration of the mixture:
The premixed components of the compound are pressed into agglomerates. Their original structure is retained. Before the injection molding process, drying to <1% residual moisture (H 2 O content) is required. -
5. Spritzguß:
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Stärkeacetat-Holzcompound-Ag glomerate direkt mittels Spritzguß verarbeitet werden können. Dabei wird die De fibrillierung bereits durch die thermoplastische Verarbeitung in Gang gesetzt.5. Injection molding:
Surprisingly, it has been found that the starch acetate wood compound agglomerates can be processed directly by means of injection molding. The defibrillation is already set in motion by the thermoplastic processing.
Zusätzliche Maßnahmen, um die Möglichkeiten einer direkten Verarbeitung zu ver
bessern:
Additional measures to improve the possibilities of direct processing:
- - Durch eine Mischdüse und/oder scherende Elemente im Schneckenaufbau der Spritzgußmaschine wird zusätzliche Friktion in die Schmelze einge bracht, so daß die Defibrillierung der Holzfasern zu mehr als 50% erfolgt.- By a mixing nozzle and / or shearing elements in the screw structure In the injection molding machine, additional friction is introduced into the melt brings, so that the defibrillation of the wood fibers takes place to more than 50%.
- - Zur Absaugung entstehender Gase kann im Werkzeug im Moment des Ein spritzens ein Unterdruck angelegt werden. Damit wird auch das Füllen des Werkzeuges mit der relativ schwer fließenden Masse begünstigt.- Gases that are produced can be extracted in the tool at the moment of opening a negative pressure can be applied during spraying. This also makes filling the Tool favored with the relatively difficult-to-flow mass.
- - Zusatz von 0,1 bis 2% wasserbindender Mineralien wie beispielsweise CaCO3 oder NaCl.- Addition of 0.1 to 2% water-binding minerals such as CaCO 3 or NaCl.
Der Vorteil der beschriebenen Verfahrensweise besteht darin, daß eine optisch weitgehend homogene Masse entsteht, die einen angenehmen holzartigen Griff hat. Die Masse der einzelnen Fasern ist auch in REM-Aufnahmen nicht mehr separat zu erkennen. Bei der vorgeschlagenen Verfahrensweise defibrilliert nur ein Teil der Fa sern. Der Rest ist optisch noch als ganze Faser zu erkennen. Die Homogenität, die aus der Defibrillierung der Naturfaserkomponenten resultiert, führt zu einer Ver besserung wesentlicher mechanischer Kennwerte, wie der Biege- und der Zugfestig keit. Die nicht makroskopisch zerstörten Faserbestandteile erbringen einen zusätzli chen Effekt für die Festigkeit des Materials.The advantage of the procedure described is that one optically largely homogeneous mass is created, which has a pleasant wood-like handle. The mass of the individual fibers is no longer separate even in SEM images recognize. With the proposed procedure, only part of the company defibrillates sern. The rest can still be seen optically as a whole fiber. The homogeneity that resulting from the defibrillation of the natural fiber components leads to a ver improvement of essential mechanical parameters such as flexural strength and tensile strength speed. The fiber components that have not been macroscopically destroyed provide additional benefits effect for the strength of the material.
Die guten mechanischen Kennwerte werden sowohl bei der Verwendung von High Amylose Stärkeacetaten als auch bei der Verwendung von Stärkeacetaten aus Stär ken mit normalem Amylosegehalt von 20 bis 30% erzielt. Auch die Wärmeformbe ständigkeit, gemessen z. B. als HDT A, liegt wesentlich höher als bei normalen Stär keacetat-Compounds, aber auch höher als bei vielen anderen biologisch abbauba ren Werkstoffen. Weitere Vorteile bestehen darin, daß das Material eine erhöhte Wasserbeständigkeit aufweist, aber gleichzeitig eine definierte Wasseraufnahme zeigt. Damit sind vielfältige Möglichkeiten einer ökofreundlichen farblichen und de korativen Nachgestaltung gegeben. Die verbliebenen ganzen Fasern bringen in Fließrichtung der Spritzgußmasse eine zusätzliche Stabilität in die resultierenden Spritzgußteile. Somit ergibt sich aus der vorgeschlagenen Verarbeitungsweise ne ben der ökonomischeren Gestaltung des Verfahrens auch noch ein zusätzlicher Ef fekt hinsichtlich der Qualität der Produkte. Das sind neben der bereits erwähnten zusätzlichen Versteifung der Produkte auch eine hellere Farbe, die aus geringerer thermischer Belastung im gesamten Verarbeitungsprozeß resultiert.The good mechanical characteristics are both when using High Amylose starch acetates as well as when using starch acetates from starch ken with normal amylose content of 20 to 30%. Also the heat form persistence, measured e.g. B. as HDT A, is much higher than normal strength keacetat-Compounds, but also higher than many other biodegradable compounds ren materials. Further advantages are that the material has an increased Has water resistance, but at the same time a defined water absorption shows. This means there are many options for an eco-friendly color and de Corative replica given. The remaining whole fibers bring in The direction of flow of the injection molding compound provides additional stability in the resulting Injection molded parts. Thus, ne results from the proposed method of processing In addition to the more economical design of the process, there is also an additional Ef fect in terms of the quality of the products. These are in addition to the one already mentioned additional stiffening of the products also have a lighter color resulting from lesser thermal stress in the entire manufacturing process results.
Durch geringen Zusatz hydrophober bioabbaubarer Polymerer, wie Po lyhydroxyalkansäuren (u. a. PHB), Polyesteramiden (z. B. BAK), Polyestern, Polyca prolacton oder Polyethylencarbonat, kann dem beschriebenen Gemisch bei Bedarf auch eine zusätzliche Hydrophobierung und eine gewisse Flexibilität gegeben wer den. Hierzu reichen 2 bis 20% eines solchen Zusatzes. Diese Zusätze können vor dem Spritzguß einfach dem Agglomerat zugemischt werden. By adding a small amount of hydrophobic biodegradable polymers such as Po lyhydroxyalkanoic acids (e.g. PHB), polyesteramides (e.g. BAK), polyesters, polyca prolactone or polyethylene carbonate, the mixture described can if necessary also an additional hydrophobization and a certain flexibility given who the. For this purpose, 2 to 20% of such an additive is sufficient. These additions can be made before simply added to the agglomerate for injection molding.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Vorgehensweise bei der Herstellung und die Vorzüge der resultierenden Compounds.The following examples illustrate the manufacturing procedure and the benefits of the resulting compounds.
Das dafür verwendete Stärkeacetat wurde in einer Eintopf-Synthese in der oben be schriebenen Weise hergestellt. Bei dieser Synthesevariante wurde auf Katalysato ren und zusätzliche Lösungsmittel verzichtet. Nachfolgende Rezepturen mit jeweils stöchiometrischen Mengen Essigsäureanhydrid führten zu den getesteten Stärkee stern mit verschiedenen Substitutionsgraden von DS 1,5 bis 2,6. Damit wurde das erfindungsgemäße Vorgehen ermöglicht.The starch acetate used for this was in a one-pot synthesis in the above be written way made. This synthesis variant was based on catalysis ren and additional solvents are omitted. The following recipes each with Stoichiometric amounts of acetic anhydride resulted in the starches tested stars with different degrees of substitution from DS 1.5 to 2.6. So that became Procedure according to the invention enables.
Für eine Vergleichsmischung wurde ein Stärkeacetat nach einem von Mark und Mehltretter beschriebenen Verfahren mit einem DS von 2,3 hergestellt.For a comparison mixture, a starch acetate according to one of Mark and Mehltretter described method with a DS of 2.3.
In Tabelle 1 sind Ausgangsmaterial, Substitutionsgrad und Herstellungsmethode der für die Compounds verwendeten Stärkeacetate zusammengestellt.In Table 1 are the starting material, degree of substitution and production method of starch acetates used for the compounds.
Hylon VII ist eine hochamylosehaltige Maisstärke der Fa. National Starch & Chemi cal S.p.A.Hylon VII is a high amylose corn starch from National Starch & Chemi cal S.p.A.
Als Weizenstärke wurde die Sorte PT 20002 der Fa. Cerestar eingesetzt.The type PT 20002 from Cerestar was used as the wheat starch.
Die Compoundherstellung erfolgte in nachfolgenden Schritten: The compound production took place in the following steps:
- 1. Mischen der Faserkomponente mit der jeweiligen Menge Polyalkylenglykol und Wärmebehandlung bei 50 bis 100°C1. Mixing the fiber component with the respective amount of polyalkylene glycol and Heat treatment at 50 to 100 ° C
- 2. Mischen der vorbehandelten Naturfaserkomponente mit dem Stärkeester und den restlichen Rezepturbestandteilen in einem Schnellmischer2. Mixing the pretreated natural fiber component with the starch ester and the remaining recipe ingredients in a high-speed mixer
- 3. Verpressen der Mischung zu Agglomeraten3. Compression of the mixture into agglomerates
- 4. Verarbeitung mittels Spritzguß in der oben beschriebenen Weise4. Processing by injection molding in the manner described above
Bis zum Punkt 3 wie Variante A, aber mitUp to point 3 like variant A, but with
- 1. Extrusion der Agglomerate in einem Zweiwellenkneter1. Extrusion of the agglomerates in a twin-screw kneader
- 2. Verarbeitung des Granulates mittels Spritzguß in der oben beschriebenen Weise2. Processing of the granules by means of injection molding in the manner described above
Der Stärkeester wurde in einem Schritt mit allen Rezepturbestandteilen vermischt und extrudiert.The starch ester was mixed with all ingredients in one step and extruded.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele sollen die Wirksamkeit des erfindungsgemä ßen Vorgehens darstellen:The following exemplary embodiments are intended to demonstrate the effectiveness of the inventive show the following procedure:
Folgende Rezeptur wurde nach Variante C verarbeitet:
The following recipe was processed according to variant C:
40,5% Stärkeacetat 1
8,5% PEG 400
1% Stearinsäure
49% Lignocell S 150 TR (Holzmehltype der Fa. J. Rettenmaier & Söhne GmbH +
Co)
1% CaCO3 40.5% starch acetate 1
8.5% PEG 400
1% stearic acid
49% Lignocell S 150 TR (wood flour type from J. Rettenmaier & Söhne GmbH + Co)
1% CaCO 3
Das erhaltene Granulat wurde mittels Spritzguß mit scherender Düse und am Werk zeug angelegtem Unterdruck (100-400 Torr) zu Schulterstäben nach DIN 53 455 verarbeitet, an denen folgende Kennwerte bestimmt wurden:The granules obtained were injection molded with a shear nozzle and at work vacuum (100-400 Torr) applied to shoulder bars according to DIN 53 455 processed, on which the following parameters were determined:
Erwartungsgemäß lag der E-Modul des Compounds aufgrund der Füllstoffwirkung des Holzmehles sehr hoch, eine Erhöhung der Biegefestigkeit gegenüber dem un gefüllten Material war jedoch kaum zu erkennen. Die Zugfestigkeit wurde drastisch reduziert. Auch das lag im Erwartungsbereich einer solchen Mischung.As expected, the elastic modulus of the compound was due to the filler effect of the wood flour is very high, an increase in flexural strength compared to the un however, the filled material was hardly recognizable. The tensile strength became drastic reduced. That, too, was within the range of expectations of such a mix.
Es wurden die gleichen Mengenverhältnisse wie in Beispiel 1 verwendet. Das ver wendete Stärkeacetat wurde nach Variante 2 hergestellt. Der Restessigsäuregehalt betrug 4%. Die Verarbeitung erfolgte nach Variante B.The same proportions as in Example 1 were used. The ver Used starch acetate was produced according to variant 2. The residual acetic acid content was 4%. The processing was carried out according to variant B.
Für die Beispiele 3-13 wurden die gleichen Mengenverhältnisse angesetzt, wie für Beispiel 1.For Examples 3-13, the same proportions were used as for Example 1.
Die Verarbeitung erfolgte erfindungsgemäß nach Variante A. According to the invention, processing was carried out according to variant A.
Die Verarbeitung und die Prüfung der Proben erfolgte analog Beispiel 1. The samples were processed and tested as in Example 1.
Die Prüfergebnisse aller Beispiele sind in Tabelle 3 zusammengestellt.The test results of all examples are compiled in Table 3.
Erwartungsgemäß lag der E-Modul des Compounds aus Beispiel Nr. 1 aufgrund der Füllstoffwirkung des Holzmehles sehr hoch, eine Erhöhung der Biegefestigkeit ge genüber dem ungefüllten Material war jedoch kaum zu erkennen. Die Zugfestigkeit wurde drastisch reduziert und die Wärmeformbeständigkeit stieg gegenüber einem vergleichbaren ungefüllten Material von ca. 50°C auf 75°C. Auch das lag im Er wartungsbereich einer solchen Mischung. Bei allen erfindungsgemäß hergestellten Compounds blieb der hohe E-Modul in etwa erhalten. Deutlich verbesserte sich das Verhalten des Materials bezüglich Biegefestigkeit bzw. Zug- und Reißfestigkeit. Gleiches traf auf die Reduzierung der Wasseraufnahme bei 1 h Wasserlagerung und die Wärmeformbeständigkeit zu. Da diese Eigenschaftsverbesserungen mit ei ner Verbesserung der Fließfähigkeit des Materials bei diesen hohen Füllstoffgehal ten einhergehen, verbreitert die erfindungsgemäße Vorgehensweise wesentlich die Anwendbarkeit solcher Compounds. Der Vergleich mit einem zusätzlich noch granu liertem Material (Beispiel 2) zeigt, daß die scherende Wirkung eines Zweiwellen kneters und die damit verbundene völlige Destrukturierung der Holzpartikel zwar noch geringe Verbesserungen bezüglich Biege- und Zugfestigkeit bringen können, insgesamt der deutlich höhere Aufwand gegenüber der vorgeschlagenen Verfah rensweise der direkten Verarbeitung von gepreßten Agglomeraten im Spritzguß mit den angegebenen Voraussetzungen gerechtfertigt ist.As expected, the modulus of elasticity of the compound from example no. 1 was due to the The wood flour has a very high filler effect, increasing the flexural strength compared to the unfilled material, however, it was hardly recognizable. The tensile strength was drastically reduced and the heat resistance increased compared to a comparable unfilled material from approx. 50 ° C to 75 ° C. That too was in the He maintenance area of such a mixture. In all manufactured according to the invention Compounds, the high modulus of elasticity was more or less retained. That improved significantly Behavior of the material in terms of flexural strength or tensile and tear strength. The same applied to the reduction in water absorption after storage in water for 1 hour and the heat resistance. Since these property improvements with ei to improve the flowability of the material at this high filler content ten go hand in hand, the procedure according to the invention broadens significantly Applicability of such compounds. The comparison with an additional granu lated material (Example 2) shows that the shearing effect of a two-shaft kneader and the associated complete destructuring of the wood particles can still bring minor improvements in terms of flexural strength and tensile strength, overall the significantly higher effort compared to the proposed method rensweise the direct processing of pressed agglomerates in injection molding is justified according to the specified conditions.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Herstellungsmethode ist das weitgehend homogene Erscheinungsbild des Materials. Es ist ein glattes Material mit einem holzartigen Griff.Another advantage of the production method described is that to a large extent homogeneous appearance of the material. It's a smooth material with a wood-like handle.
Die vereinzelt noch erhalten gebliebenen Fasern können im Zusammenhang mit dem optisch helleren Erscheinungsbild der Teile aus der direkten Verarbeitung der Agglomerate für zusätzliche optische Effekte genutzt werden.The fibers that have been preserved here and there can be related to the optically lighter appearance of the parts from the direct processing of the Agglomerates can be used for additional optical effects.
Claims (10)
- 1. 20 bis 90 Ma.-% eines Stärkeesters mit einem Substitutionsgrad < 3, der wäh rend der Compoundierung eine aus dem Herstellungsprozeß des Stärke esters resultierende Menge Essigsäure von 0,5 bis 5% enthält und
- 2. 2 bis 75 Ma.% einer Naturfaserkomponente, die während der Compoundie rung 2 bis 25 Ma.% eines Polyalkylenglykols mit einer Molmasse von 200 bis 2000 absorbiert hat,
- 1. 20 to 90 wt .-% of a starch ester with a degree of substitution <3, which contains an amount of acetic acid resulting from the manufacturing process of the starch ester of 0.5 to 5% during the compounding and
- 2. 2 to 75% by mass of a natural fiber component which has absorbed 2 to 25% by mass of a polyalkylene glycol with a molar mass of 200 to 2000 during compounding,
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