WO1996007687A1 - Biodegradable polyester and a material made therefrom - Google Patents
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- WO1996007687A1 WO1996007687A1 PCT/EP1995/002722 EP9502722W WO9607687A1 WO 1996007687 A1 WO1996007687 A1 WO 1996007687A1 EP 9502722 W EP9502722 W EP 9502722W WO 9607687 A1 WO9607687 A1 WO 9607687A1
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- C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
- C08G63/12—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
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- C08G63/18—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds the acids or hydroxy compounds containing carbocyclic rings
- C08G63/181—Acids containing aromatic rings
- C08G63/183—Terephthalic acids
Definitions
- the invention relates to biodegradable polyesters (in particular in the form of a material or material) and materials made from the polyester.
- Polyesters are part of the state of the art.
- EP-A-0 007 445 describes a mixed polyester based on 1,4-butanediol and terephthalic acid, 10 to 30 mol% of the terephthalic acid being a mixture of 20 to 80 mol% of adipic acid, 10 up to 60 mol% glutaric acid and 10 to 40 mol% succinic acid are replaced and the percentages add up to 100.
- These known mixed polyesters are intended for the production of molded parts by injection molding or extrusion.
- EP-A-0 028 687 also describes copolyesters composed of 40 to 85 mol% terephthalic acid (which can be replaced up to 50% by other dicarboxylic acids, for example sebacic acid), 60 to 15 mol% adipic acid and C 2 _g- Alkane diols such as butylene glycol. These known copolyesters are in the form of hot-melt adhesives or powder coating agents provided so that the question of their biodegradability does not arise. For the production and use of these known copolyesters, EP-A-0 028 687 refers to much older prior art.
- polymeric materials can undergo biodegradation.
- Mainly materials that are obtained directly or after modification from naturally occurring polymers are to be mentioned here, for example polyhydroxyalkanoates, such as polyhydroxybutyrate, plastic celluloses, cellulose esters, plastic starches, chitosan and pullulan.
- polyhydroxyalkanoates such as polyhydroxybutyrate
- plastic celluloses such as polyhydroxybutyrate
- plastic starches such as polyhydroxybutyrate
- chitosan and pullulan a targeted variation of the polymer composition or the structure, as is desirable on the part of the polymer application, is difficult and often only possible to a very limited extent due to the natural synthesis process.
- polyesters represent an important class within these materials. Synthetic polyesters which contain only aliphatic monomers have a relatively good biodegradability, and because of their material properties, they can be used only to an extremely limited extent; see Witt et al. in Macrom. Chem. Phys., 195 (1994) 793-802. Aromatic polyesters, on the other hand, show no biodegradation with good material properties.
- An object of the present invention is to synthesize copolymers (in particular in the form of a material or material) which at the same time have biodegradability and good thermal and mechanical properties. This goal is achieved by producing synthetic copolymers with a defined composition.
- the object on which the invention is based is thus achieved by a biodegradable Dissolvable polyester, which is degraded in the natural environment under the influence of microorganisms, for example according to DIN 53739D or ASTM D5338-92, the polyester being characterized in that the polyester consists of an aliphatic polyol and an aromatic polycarboxylic acid as well ⁇ at the time an aliphatic polycarboxylic acid was produced as a monomer component and has constitutional repeating units or recurring units which
- the polyester according to the invention can have a molecular weight of 1,000 to 70,000 g / mol.
- the polyester according to the invention can have a melting point of 40 to 150 ° C. and in particular 90 to 150 ° C.
- polyester according to the invention can be made from
- An aromatic dicarboxylic acid preferably terephthalic acid, and - an aliphatic preferably adipic acid or sebacic acid, have been condensed.
- the invention further relates to a polyester with a proportion based on an aromatic dicarboxylic acid as a monomer component of 3 to 65 and in particular 35 to 55 mol% (based on total acid content).
- Another object of the present invention is to provide a work material or a material which at the same time has biodegradability and good thermal and mechanical properties.
- This object is achieved according to the invention by a material made from a biodegradable polyester according to the invention, the material being in the form of flat material, in particular foils, single filaments, filamentous material or molded parts, in particular injection molded, extruded or foamed molded parts.
- Filamentous material can be in the form of fibers, felt or fabric.
- the material according to the invention can be a composite material.
- Foils in particular packaging foils, for example for packaging fresh goods in retail, or for pre-packaged goods in retail, such as outer packaging (bundling of individual packaging), "skin packaging” (for small parts, such as nails), blister packaging ( Films on cardboard carriers, for example for coated tablets), protective packaging or transparent films, for example as a florist's requirement; Composting bags, in particular for household waste (for example 10 1) or garden waste (for example 100 1); Films in the medical field, for example for or as disposable clothing or gloves; Foils as or in the form of baby diapers; "Big Bag", in particular large-volume bags, for example for bulk goods, such as fertilizers or animal feed; Cover foils, for example in agriculture; Labels; or weather balloons; furthermore transport packaging, clothes bags, building foils or bed pads;
- Tree nets for example to protect crops from birds; Covering nets for floors, for example against soil erosion; Nets for food packaging, for example for vegetables or fruit; Nets for selling trees or shrubs, such as Christmas trees; Fishing nets; Household wipes, such as wipes; Diaper pads; Fleece in the hygiene and cosmetics sector; Medical fleece; Extractor filters; Car interior filter; Filters for the food sector, for example for breweries; Filters for aquariums and ponds;
- molded parts in particular disposable tableware; Food packaging, for example yoghurt cups, bottles or tubes; Cosmetic packaging, for example bottles or tubes; Bag closures; Disposable items in the medical field, for example syringes or spatulas; Plastic parts for fireworks; Plastic ammunition, for example for military purposes; Cemetery and burial requirements, for example grave containers, grave lights or coffin applications; Golf tees; Pellets for controlled release, for example for fertilizer or crop protection; Carrier body for drinking water treatment; Plant pots; Support rods, for example for garden centers; Support parts for earthworks, for example when planting slopes;
- Composite paper cans for example for snacks, milk powder or raisins; coated papers, for example with improved moisture resistance;
- Cloths for example made of fibers according to the invention in combination with natural fibers;
- Press fiber mats for example as "adhesives", also in the form of plant pots or for car interior trims;
- Fiber composite for example furniture parts or load-bearing car interior linings;
- foamed materials especially packaging chips; Packaging foam body; Plant pots; Floor aerators; Disposable tableware; Packaging trays, for example for meat, fruit, eggs or ampoules; or upholstery material.
- the monomer components specified in Table 1 are suitable, which are either available in large quantities and inexpensively by known petrochemical processes or at least partly by biotechnological ones Processes from renewable raw materials are accessible (1,3-propanediol, 2,3-butanediol, adipic and sebacic acid).
- polyester copolymers The synthesis of the polyester copolymers was carried out as described in Examples 1-9 and leads to polycondensates of structural formula 1.
- PTA (x 3, y 4) poly [(trimethylene hexanedioate-co-trimethylene terephthalate)]
- PTS poly [(trimethylene-decanedioate-co-trimethylene-terephthalate)]
- the thermal properties are characterized by the melting points (see Table 2).
- the melting behavior became dependent the proportion of terephthalic acid examined in more detail.
- a terephthalic acid content of approx. 30 mol% (based on the acid content in the copolyester) there are melting points and material properties that correspond to those of the pure aliphatic polyester (e.g. SP36: Saturated polyester made of 1,3-propanediol and adipic acid.
- SP3i ⁇ Saturated polyester from 1,3-propanediol and sebacic acid).
- Polyester foams (25 mm 0, 100 microns thickness) were treated in 100 ml liquid volume at 25 ° C with stirring and air supply. A corresponding mineral salt medium and an earth or compost eluate were added. As shown in Fig. 2, PTA and PTS copolyesters are well degraded up to a terephthalic acid content of 30% in the specified aquatic system. A breakdown of the statistical copolyesters with terephthalic acid components> 30 mol% (based on the acid component) could not be observed in the aquatic system. Obviously, the presence of the microbial mixed culture and the mineral salts is not sufficient for microbial degradation in the observed period.
- Polyesters with purely aliphatic acids can be completely biodegraded.
- the degradation results shown under 4. show that this is also possible if the proportion is aromatic
- Dicarboxylic acid does not exceed a certain value.
- investigations were carried out with model oligomers, 1, 3- as the diol.
- Propanediol was used because of its middle position and terephthalic acid.
- the synthesis of these oligo-trimethylene terephthalates or poly-trimethylene terephthalates (PTMT) is in example
- Table 3 shows the average molecular weights (determined by GPC with
- PTMT 1 10.2 ⁇ 0.1 0.0 87.1 97.3 PTMT 2 16.3 ⁇ 0.1 2.5 78.8 97.4 PTMT 3 23.2 ⁇ 0.1 4.0 74, 9 102.2
- the distribution of the oligomers in PTMT 1 - 3 was examined by gel permeation chromatography before and after degradation.
- the molecular weights Mps obtained from the GPC refer to polystyrene as the calibration standard.
- mass spectroscopy after GPC fractionation, a complete assignment of all polymerization products (MH + MS ) was obtained.
- the peak assignment obtained in this way is given in Table 5 and Fig. 6 shows the chromatogram for the synthesized oligomer mixture PTMT3 before it is used in degradation studies.
- the peak CD occurring at an elution time of 8.84 min is cyclic
- the copolyester is cooled under vacuum, repeatedly dissolved in chloroform and precipitated in ice-cold methanol (technical grade), and then dried in vacuo for 24 hours.
- Example 8 0.165 mol of 1,4-butanediol, 0.045 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.105 mol of adipic acid and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1.
- Example 8
- the resistance to hydrolysis at room temperature is determined on the statistical copolyesters prepared in Examples 1-4. Polyester films are sterilized with ethanol and shaken in sterile water at room temperature (150 rpm). No changes in weight loss and chain splitting (determined by GPC measurements) can be observed in the examined period of 3 months. In addition, the resistance to hydrolysis at 60 ° C. is determined on the statistical copolyesters prepared in Examples 1-4. Polyester films are sterilized with ethanol and shaken in sterile water at 60 ° C (150 rpm). The statistical copolyesters PTS (41/59) and PTS (56/44) showed no weight loss after 10 weeks, the PTA (39/61) and PTA (43/57) 3.5% and 6% weight loss, respectively.
- the degradability of the statistical copolyesters is checked in an earth digging test (DIN 53739D).
- DIN 53739D earth digging test
- test specimens with a wall thickness of 100 mm and a diameter of 25 mm are welded into polyethylene nets and buried in soil with 60% relative humidity.
- the test is carried out at approx. 20 ° C.
- the mass loss of the samples is determined at time intervals, ie the percentage loss in weight of the polyester film.
- a test specimen is taken at every time interval, with dist. Washed water and dried in vacuo for 24 h. This removed specimen is then not used again in the burial test, but is available for analytical investigations.
- the test was carried out with the following polymeric materials: PTA (39/61), PTA (43/57), PTS (41/57) and PTS (56/44). The results are Fig. 3 can be seen.
- the degradability of the statistical copolyesters is checked in a composting at 60 ° C and 60% relative humidity.
- the specimen dimensions, burials and withdrawals correspond to the earth digging.
- the compost based on green waste comes from the post-rotting phase and was taken from the Watenbüttel composting plant (Braunschweig). The results are shown in Fig. 4.
- the mass loss is plotted against the time (in weeks) in the diagrams.
- the copolyesters PTA (39/61) and PTS (41/59) with lower terephthalic acid content, can no longer be isolated after 7 - 8 weeks.
- the PTS (43/57) showed a weight loss of 14%. No weight loss in the excavation
- Example 10 shows that there is no hydrolytic influence at room temperature in the observed period for the polyesters examined. One can speak of a microbial degradation.
- Example 10 illustrates that the hydrolytic influence at 60 ° C. fulfills a function that supports microbial degradation. This influence is more pronounced with adipic acid as an aliphatic dicarboxylic acid component than with sebacic acid as an aliphatic dicarboxylic acid component.
- 0.131 mol of 1,3-propanediol, 0.131 mol of DMT and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are each condensed with 20, 50 and 100 mol% excess of 1,3-propanediol in the melt at 210 ° C. under a nitrogen atmosphere and normal pressure .
- the oligomers are ground, washed successively with water and diethyl ether and dried in vacuo for 24 h.
- the aromatic oligomers listed in Table 3 result.
- the degradation of the obgomer is examined in a modified storm test.
- the only carbon source are the PTMT oligomers.
- 1% by volume of a compost eluate serves as the degradation culture and a mineral salt medium according to DIN 53739C serves as the nutrient source.
- the test is carried out at 25 ° C., an air supply of approx. 2 l / h and in 100 ml of liquid volume.
- 0.161 mol of 1,2-ethanediol, 0, 161 mol of DMT and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed with 100 mol% excess of I, 2-Ethandioiin the melt at 210 * C, under a nitrogen atmosphere and at normal pressure.
- the oligomer is ground, washed successively with water and diethyl ether and dried in vacuo for 24 h.
- 0.111 mol of 1, 4-butanediol, 0.111 mol DMT and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed with 100 mol% excess of i.4-Butandioiin the melt at 210 * C, under a nitrogen atmosphere and at normal pressure.
- the oligomer is ground, washed successively with water and diethyl ether and dried in vacuo for 24 h.
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Abstract
Description
BIOLOGISCH ABBAUBARER POLYESTER UND WERKSTOFF DARAUSBIODEGRADABLE POLYESTER AND MATERIAL THEREOF
Die Erfindung betrifft biologisch abbaubare Polyester (insbeson¬ dere in Form eines Werkmaterials oder Werkstoffs) sowie Werk¬ stoffe aus dem Polyester.The invention relates to biodegradable polyesters (in particular in the form of a material or material) and materials made from the polyester.
Polyester gehören zum Stand der Technik. Beispielsweise be¬ schreibt die EP-A-0 007 445 einen Mischpolyester auf der Basis von Butandiol-1,4 und Terephthalsäure, wobei 10 bis 30 mol-% der Terephthalsäure durch ein Gemisch aus 20 bis 80 mol-% Adipin- säure, 10 bis 60 mol-% Glutarsäure und 10 bis 40 mol-% Bern¬ steinsäure ersetzt sind und wobei sich die Prozentzahlen auf 100 addieren. Diese bekannten Mischpolyester sind zur Herstellung von Formteilen bei Spritzguß oder Extrusion vorgesehen. Derar¬ tige Mischpolyester sind jedoch nicht biologisch abbaubar, was (wie sich noch aus den späteren Ausführungen ergibt) auf den hohen Mindestanteil von 70 mol-% Terephthalsäure als aromatische Polycarbonsäure zurückzuführen sein dürfte. Ferner beschreibt die EP-A-0 028 687 Copolyester aus 40 bis 85 mol-% Terephthal¬ säure (die bis zu 50 % durch andere Dicarbonsäuren ersetzt sein kann, beispielsweise Sebacinsäure) , 60 bis 15 mol-% Adipinsäure und C2_g-Alkandiolen, wie Butylenglycol. Diese bekannten Copoly¬ ester sind als Schmelzkleber oder pulverförmige Überzugsmittel vorgesehen, so daß sich die Frage ihrer biologischen Abbaubar- keit nicht stellt. Für die Herstellung und Verwendung dieser be¬ kannten Copolyester wird in der EP-A-0 028 687 auf weitaus älte¬ ren Stand der Technik verwiesen.Polyesters are part of the state of the art. For example, EP-A-0 007 445 describes a mixed polyester based on 1,4-butanediol and terephthalic acid, 10 to 30 mol% of the terephthalic acid being a mixture of 20 to 80 mol% of adipic acid, 10 up to 60 mol% glutaric acid and 10 to 40 mol% succinic acid are replaced and the percentages add up to 100. These known mixed polyesters are intended for the production of molded parts by injection molding or extrusion. However, such mixed polyesters are not biodegradable, which (as will be seen from the later explanations) can be attributed to the high minimum proportion of 70 mol% terephthalic acid as an aromatic polycarboxylic acid. EP-A-0 028 687 also describes copolyesters composed of 40 to 85 mol% terephthalic acid (which can be replaced up to 50% by other dicarboxylic acids, for example sebacic acid), 60 to 15 mol% adipic acid and C 2 _g- Alkane diols such as butylene glycol. These known copolyesters are in the form of hot-melt adhesives or powder coating agents provided so that the question of their biodegradability does not arise. For the production and use of these known copolyesters, EP-A-0 028 687 refers to much older prior art.
Es ist bekannt, daß bestimmte polymere Werkmaterialien einem biologischen Abbau unterliegen können. Hauptsächlich sind hier Materialien zu nennen, die aus natürlich vorkommenden Polymeren direkt oder nach Modifizierung erhalten werden, beispielsweise Polyhydroxyalkanoate, wie Polyhydroxybutyrat, plastische Cellu- losen, Celluloseester, plastische Stärken, Chitosan und Pullu¬ lan. Eine gezielte Variation der Polymerzusammensetzung oder der Struktur, wie sie von Seiten der Polymeranwendung wünschenswert ist, ist aufgrund des natürlichen Synthesevorgangs nur schwer und oftmals nur sehr eingeschränkt möglich.It is known that certain polymeric materials can undergo biodegradation. Mainly materials that are obtained directly or after modification from naturally occurring polymers are to be mentioned here, for example polyhydroxyalkanoates, such as polyhydroxybutyrate, plastic celluloses, cellulose esters, plastic starches, chitosan and pullulan. A targeted variation of the polymer composition or the structure, as is desirable on the part of the polymer application, is difficult and often only possible to a very limited extent due to the natural synthesis process.
Viele synthetische Polymere hingegen werden durch Mikroorganis¬ men nicht oder nur äußerst langsam angegriffen. Hauptsächlich synthetische Polymere, die Heteroatome in der Hauptkette enthal¬ ten, werden als potentiell biologisch abbaubar angesehen. Eine wichtige Klasse innerhalb dieser Materialien stellen die Poly¬ ester dar. Synthetische Polyester, die nur aliphatische Monomere enthalten, weisen zwar eine relativ gute biologische Abbaubar- keit auf, sind aufgrund ihrer Materialeigenschaften nur äußerst eingeschränkt anwendbar; vergl. Witt et al. in Macrom. Chem. Phys., 195 (1994) 793-802. Aromatische Polyester zeigen dagegen bei guten Materialeigenschaften keinen biologischen Abbau.In contrast, many synthetic polymers are not attacked by microorganisms or only very slowly. Mainly synthetic polymers which contain heteroatoms in the main chain are considered to be potentially biodegradable. The polyesters represent an important class within these materials. Synthetic polyesters which contain only aliphatic monomers have a relatively good biodegradability, and because of their material properties, they can be used only to an extremely limited extent; see Witt et al. in Macrom. Chem. Phys., 195 (1994) 793-802. Aromatic polyesters, on the other hand, show no biodegradation with good material properties.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Copolymere (ins¬ besondere in Form eines Werkmaterials oder Werkstoffs) zu synthetisieren, die gleichzeitig biologische Abbaubarkeit und gute thermische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß synthetische Copolymere mit definierter Zusammensetzung hergestellt werden. So wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen biologisch abbau- baren Polyester gelöst, der in natürlicher Umgebung unter Ein¬ wirkung von Mikroorganismen abgebaut wird, beispielsweise gemäß DIN 53739D oder ASTM D5338-92, wobei der Polyester dadurch ge¬ kennzeichnet ist, daß der Polyester aus einem aliphatischen Polyol und einer aromatischen Polycarbonsäure als auch gleich¬ zeitig einer aliphatischen Polycarbonsäure als Monomer- komponenten hergestellt worden ist und konstitutionelle Repe¬ tiereinheiten beziehungsweise wiederkehrende Einheiten aufweist, dieAn object of the present invention is to synthesize copolymers (in particular in the form of a material or material) which at the same time have biodegradability and good thermal and mechanical properties. This goal is achieved by producing synthetic copolymers with a defined composition. The object on which the invention is based is thus achieved by a biodegradable Dissolvable polyester, which is degraded in the natural environment under the influence of microorganisms, for example according to DIN 53739D or ASTM D5338-92, the polyester being characterized in that the polyester consists of an aliphatic polyol and an aromatic polycarboxylic acid as well ¬ at the time an aliphatic polycarboxylic acid was produced as a monomer component and has constitutional repeating units or recurring units which
(i) einerseits aus Polyol und aromatischer Polycarbonsäure und (ii) andererseits aus Polyol und aliphatischer Polycarbonsäure bestehen, wobei mehr als 90 % der Einheiten gemäß (i) mit keiner oder mit höchstens einer weiteren Einheit gemäß (i) unmittelbar verknüpft sind.(i) on the one hand consist of polyol and aromatic polycarboxylic acid and (ii) on the other hand consist of polyol and aliphatic polycarboxylic acid, more than 90% of the units according to (i) being directly linked to none or at most one further unit according to (i).
Erfindungsgemäß hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß es möglich ist, Copolyester aus Diolen und aromatischen und alipha¬ tischen Dicarbonsäuren zu synthetisieren, die bei anwendungs¬ technisch relevanten Materialeigenschaften einem biologischen Abbau unterliegen.According to the invention, it has surprisingly been found that it is possible to synthesize copolyesters from diols and aromatic and aliphatic dicarboxylic acids which are subject to biodegradation with material properties which are relevant to the application.
Der erfindungsgemäße Polyester kann ein Molekulargewicht von 1.000 bis 70.000 g/mol aufweisen.The polyester according to the invention can have a molecular weight of 1,000 to 70,000 g / mol.
Ferner kann der erfindungsgemäße Polyester einen Schmelzpunkt von 40 bis 150 °C und insbesondere 90 bis 150 °C aufweisen.Furthermore, the polyester according to the invention can have a melting point of 40 to 150 ° C. and in particular 90 to 150 ° C.
Ferner kann der erfindungsgemäße Polyester ausFurthermore, the polyester according to the invention can be made from
- einem aliphatischen C2_g-Diol, vorzugsweise 1,2-Ethandiol,an aliphatic C2_g diol, preferably 1,2-ethanediol,
1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,3-Butandiol oder 1,6-Hexandiol,1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol or 1,6-hexanediol,
- einer aromatischen Dicarbonsäure, vorzugsweise Terephthal¬ säure, und - einer aliphatischen vorzugsweise Adipin- säure oder Sebacinsäure, kondensiert worden sein.- An aromatic dicarboxylic acid, preferably terephthalic acid, and - an aliphatic preferably adipic acid or sebacic acid, have been condensed.
Während bei kleinen Anteilen von aromatischen Bestandteilen keine oder nur geringe Verbesserung der Materialeigenschaften des Polymers zu beobachten ist, kann bei mittleren Anteilen von 3 bis 65 und insbesondere 35 bis 55 mol-% aromatischer Kompo¬ nente der Dicarbonsäure ein drastischer Anstieg beispielsweise des Schmelzpunktes beobachtet werden. Derartige Copolyester kön¬ nen in Umgebungen wie Kompost oder Erde innerhalb von zwei bis drei Monaten deutliche Gewichtsverluste zeigen.While little or no improvement in the material properties of the polymer can be observed for small proportions of aromatic constituents, a drastic increase, for example of the melting point, can be observed for medium proportions of 3 to 65 and in particular 35 to 55 mol% of aromatic component of the dicarboxylic acid . Such copolyesters can show significant weight losses in environments such as compost or soil within two to three months.
Demgemäß betrifft die Erfindung ferner einen Polyester mit einem Anteil, der auf eine aromatische Dicarbonsäure als Monomerkompo- nente zurückgeht, von 3 bis 65 und insbesondere 35 bis 55 mol-% (bezogen auf Gesamtsäuregehalt) .Accordingly, the invention further relates to a polyester with a proportion based on an aromatic dicarboxylic acid as a monomer component of 3 to 65 and in particular 35 to 55 mol% (based on total acid content).
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkmaterial oder einen Werkstoff vorzusehen, der gleichzeitig biologische Abbaubarkeit und gute thermische und mechanische Eigenschaften aufweist . Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch einen Werkstoff aus einem erfindungsgemäßen biologisch abbauba¬ ren Polyester gelöst, wobei der Werkstoff in Form von Flachma¬ terial, insbesondere Folien, Einzelfilamenten, fila entösem Material oder Formteilen vorliegt, insbesondere spritzgegosse¬ nen, extrudierten oder geschäumten Formteilen. Filamentöses Material kann dabei in Form von Fasern, Filz oder Gewebe vorlie¬ gen. Bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff kann es sich um Ver¬ bundmaterial handeln.Another object of the present invention is to provide a work material or a material which at the same time has biodegradability and good thermal and mechanical properties. This object is achieved according to the invention by a material made from a biodegradable polyester according to the invention, the material being in the form of flat material, in particular foils, single filaments, filamentous material or molded parts, in particular injection molded, extruded or foamed molded parts. Filamentous material can be in the form of fibers, felt or fabric. The material according to the invention can be a composite material.
Nachstehend werden beispielhafte Anwendungen des erfindungs¬ gemäßen Werkstoffs zusammengestellt, und zwar: - Folien, insbesondere Verpackungsfolien, beispielsweise zum Ab¬ packen von Frischware im Einzelhandel, oder für fertig abge¬ packte Waren im Einzelhandel, wie Umverpackungen (Bündeln von Einzelverpackungen) , "Skin-Verpackungen" (für Kleinteile, wie beispielsweise Nägel) , Blisterverpackungen (Folien auf Papp¬ trägern, beispielsweise für Dragees) , Griffschutzverpackungen oder Klarsichtfolien, beispielsweise als Floristenbedarf; Kompostierbeutel, insbesondere für Haushaltsabfälle (bei¬ spielsweise 10 1) oder Gartenabfälle (beispielsweise 100 1) ; Folien im Medizinbereich, beispielsweise für oder als Einmal- Kleidung oder Handschuhe; Folien als oder in Form von Babywin¬ deln; "Big Bag", insbesondere großvolumige Säcke, beispiels¬ weise für Schüttgüter, wie Dünger oder Futtermittel; Ab¬ deckfolien, beispielsweise in der Landwirtschaft; Etiketten; oder Wetterballons; ferner Transportverpackungen, Kleiderbeu¬ tel, Baufolien oder Bettunterlagen;Exemplary applications of the material according to the invention are compiled below, namely: Foils, in particular packaging foils, for example for packaging fresh goods in retail, or for pre-packaged goods in retail, such as outer packaging (bundling of individual packaging), "skin packaging" (for small parts, such as nails), blister packaging ( Films on cardboard carriers, for example for coated tablets), protective packaging or transparent films, for example as a florist's requirement; Composting bags, in particular for household waste (for example 10 1) or garden waste (for example 100 1); Films in the medical field, for example for or as disposable clothing or gloves; Foils as or in the form of baby diapers; "Big Bag", in particular large-volume bags, for example for bulk goods, such as fertilizers or animal feed; Cover foils, for example in agriculture; Labels; or weather balloons; furthermore transport packaging, clothes bags, building foils or bed pads;
- Fasern, Filze oder Gewebe, insbesondere Bindematerial für Landschaftsbau oder als Floristenbedarf; Baumnetze, beispiels¬ weise zum Schutz von Kulturpflanzen vor Vögeln; Abdecknetze für Böden, beispielsweise gegen Bodenerosion; Netze für Lebensmittelverpackungen, beispielsweise für Gemüse oder Obst; Netze für Baum- oder Sträucherverkauf, wie Weihnachtsbäume; Fischernetze; Tücher im Haushaltsbereich, wie Wischtücher; Windeleinlagen; Fleece im Hygiene- und Kosmetikbereich; Fleece im Medizinbereich; Dunstabzugsfilter; Autoinnenraumfilter; Filter für den Lebensmittelbereich, beispielsweise für Brauereien; Filter für Aquarien und Teiche;- Fibers, felts or fabrics, in particular binding material for landscaping or as a florist's requirement; Tree nets, for example to protect crops from birds; Covering nets for floors, for example against soil erosion; Nets for food packaging, for example for vegetables or fruit; Nets for selling trees or shrubs, such as Christmas trees; Fishing nets; Household wipes, such as wipes; Diaper pads; Fleece in the hygiene and cosmetics sector; Medical fleece; Extractor filters; Car interior filter; Filters for the food sector, for example for breweries; Filters for aquariums and ponds;
- extrudierte Formteile, insbesondere Einweggeschirr; Lebensmittelverpackungen, beispielsweise Joghurtbecher, Flaschen oder Tuben; Kosmetikverpackungen, beispielsweise Flaschen oder Tuben; Beutelverschlüsse; Einmalartikel im Medizinbereich, beispielsweise Spritzen oder Spatel; Kunst¬ stoffteile für Feuerwerkskörper; Plastikmunition, beispiels¬ weise für Wehrzwecke; Friedhofs- und Bestattungsbedarf, bei¬ spielsweise Grabgebinde, Grablichte oder Sargapplikationen; Golftees; Pellets für Controlled Release, beispielsweise für Dünger oder Pflanzenschutz; Trägerkörper für Trinkwasseraufbe¬ reitungen; Pflanztöpfe; Stützstäbe, beispielsweise für Gärtne¬ reien; Stützteile für den Erdbau, beispielsweise bei Hangbe- pflanzungen;- extruded molded parts, in particular disposable tableware; Food packaging, for example yoghurt cups, bottles or tubes; Cosmetic packaging, for example bottles or tubes; Bag closures; Disposable items in the medical field, for example syringes or spatulas; Plastic parts for fireworks; Plastic ammunition, for example for military purposes; Cemetery and burial requirements, for example grave containers, grave lights or coffin applications; Golf tees; Pellets for controlled release, for example for fertilizer or crop protection; Carrier body for drinking water treatment; Plant pots; Support rods, for example for garden centers; Support parts for earthworks, for example when planting slopes;
- Verbundmaterialien, insbesondere Getränkeverpackungen; Papierverbunddosen, beispielsweise für Snacks, Milchpulver oder Rosinen; beschichtete Papiere, beispielsweise mit verbes¬ serter Feuchtigkeitsbeständigkeit; Tücher, beispielsweise aus erfindungsgemäßen Fasern im Verbund mit Naturfasern; Pre߬ fasermatten, beispielsweise als "Klebemittel", auch in Form von Pflanztöpfen oder für Autoinnenverkleidungen; Faserver¬ bund, beispielsweise Möbelteile oder tragende Autoinnenver¬ kleidungen;- composite materials, especially beverage packaging; Composite paper cans, for example for snacks, milk powder or raisins; coated papers, for example with improved moisture resistance; Cloths, for example made of fibers according to the invention in combination with natural fibers; Press fiber mats, for example as "adhesives", also in the form of plant pots or for car interior trims; Fiber composite, for example furniture parts or load-bearing car interior linings;
- geschäumte Materialien, insbesondere Verpackungschips; Ver¬ packungsschaumkörper; Pflanzschalen; Bodendurchlüfter; Einweg¬ geschirr; Verpackungstabletts, beispielsweise für Fleisch, Obst, Eier oder Ampullen; oder Polstermaterial.- foamed materials, especially packaging chips; Packaging foam body; Plant pots; Floor aerators; Disposable tableware; Packaging trays, for example for meat, fruit, eggs or ampoules; or upholstery material.
Nachstehend wird die Erfindung insbesondere durch Beispiele nä¬ her erläutert, wobei auch die Abbaubarkeit der erfindungsgemäßen Polyester behandelt wird.The invention is explained in more detail below by examples, wherein the degradability of the polyesters according to the invention is also dealt with.
Die Frage nach der Ursache für den biologischen Abbau der spezi¬ ell zusammengesetzten, aus aromatischen und aliphatischen Dicar¬ bonsäuren synthetisierten Copolyester konnte durch Untersuchun¬ gen der biologischen Metabolisierbarkeit von Modelloligomeren eine Antwort finden. Oligomere aus beispielsweise Terephthal¬ säure und 1,3-Propandiol werden nur partiell biologisch abge¬ baut, wobei ein scharfer Schnitt hinsichtlich der Länge der Oligomere aufgezeigt werden konnte. Aus dem Abbauverhalten der Modelloligomere und der berechneten oder gemessenen Monomerver¬ teilung im Copolymer kann auf den Grad der Metabolisierung der¬ artiger Copolymere in natürlichen Umgebungen, wie Kompost oder Erde, geschlossen werden. 1. Synthese der PolykondensateThe question of the cause of the biodegradation of the specially composed copolyesters synthesized from aromatic and aliphatic dicarboxylic acids could be answered by examining the biological metabolizability of model oligomers. Oligomers from, for example, terephthalic acid and 1,3-propanediol are only partially biodegraded, it being possible to show a sharp section with regard to the length of the oligomers. From the degradation behavior of the model oligomers and the calculated or measured monomer distribution in the copolymer, the degree of metabolism of such copolymers in natural environments, such as compost or soil, can be concluded. 1. Synthesis of the polycondensates
Für die Herstellung von statistischen Polyester -Copolymeren durch Kondensation von aliphati¬ schen Diolen mit aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren sind die in Tabelle 1 angege¬ benen Monomerkomponenten geeignet, die entweder durch bekannte petrochemische Verfahren großvolumig und preiswert zur Verfügung stehen oder zumindest teilweise durch biotechnologi¬ sche Verfahren aus nachwachsenden Rohstoffen zugänglich sind (1 ,3-Propandiol, 2,3-Butandiol, Adipin- und Sebacinsäure).For the production of statistical polyester copolymers by condensation of aliphatic diols with aliphatic and aromatic dicarboxylic acids, the monomer components specified in Table 1 are suitable, which are either available in large quantities and inexpensively by known petrochemical processes or at least partly by biotechnological ones Processes from renewable raw materials are accessible (1,3-propanediol, 2,3-butanediol, adipic and sebacic acid).
Die Synthese der Polyester-Copolymere erfolgte, wie in den Beispielen 1 - 9 ausgeführt, und führt zu Polykondensaten der Strukturformel 1.The synthesis of the polyester copolymers was carried out as described in Examples 1-9 and leads to polycondensates of structural formula 1.
Polyester-CopolymerePolyester copolymers
Tabelle 1 : Komponenten für Polyester-Copolymere Diole DicarbonsäureTable 1: Components for polyester copolymers diols dicarboxylic acid
1,2-Ethandiol Adipin säure 1,3-Propandiol Sebacinsäure 1 ,4-Butandiol . Terephthalsäure 2,3-Butandiol 1,6-Hexandiol1,2-ethanediol adipic acid 1,3-propanediol sebacic acid 1,4-butanediol. Terephthalic acid 2,3-butanediol 1,6-hexanediol
Beispiele der für die Erfindung relevanten Polykondensate, deren mittlere Molekulargewichte, deren Schmelzpunkte und ihre Filmeigenschaften sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2: Eigenschaften typischer synthetisierter Polyester-Copolymere der allgemeinen Zusammensetzung nach Beziehung (1)Examples of the polycondensates relevant to the invention, their average molecular weights, their melting points and their film properties are summarized in Table 2. Table 2: Properties of typical synthesized polyester copolymers of the general composition according to relationship (1)
ETA (x 2, y 4) Poly(dimethylen-hexandioat-co-dimethylen-terephthalat)]ETA (x 2, y 4) poly (dimethylene-hexanedioate-co-dimethylene-terephthalate)]
PTA (x 3, y 4) Poly[(trimethylen-hexandioat-co-trimethylen-terephthalat)]PTA (x 3, y 4) poly [(trimethylene hexanedioate-co-trimethylene terephthalate)]
PTS (x 3, y 8) Poly[(trimethylen-decandioat-co-trimethylen-terephthalat)]PTS (x 3, y 8) poly [(trimethylene-decanedioate-co-trimethylene-terephthalate)]
BTA (x 4, y 4) Poly[(tetramethylen-hexandioat-co-tetramethylen-terephthalat)]BTA (x 4, y 4) poly [(tetramethylene hexanedioate co-tetramethylene terephthalate)]
Polymer* Konsistenz T Filmeigenschaften °C g/molPolymer * consistency T film properties ° C g / mol
ETA (33/62 ) Faser 30.000 87 flexibel, opaque ETA (44/56 ) Faser 39.000 135 flexibel, opaqueETA (33/62) fiber 30,000 87 flexible, opaque ETA (44/56) fiber 39,000 135 flexible, opaque
PTA (5/95) Pulver 47.000 50 brüchig, opaque PTA (17/83) Pulver 24.000 44 brüchig, opaque PTA (23/77) Pulver 40.000 40 brüchig, opaque PTA (39/61) Faser 51.000 96 flexibel, opaque PTA (43/57) Faser 40.000 119 flexibel, opaquePTA (5/95) powder 47,000 50 brittle, opaque PTA (17/83) powder 24,000 44 brittle, opaque PTA (23/77) powder 40,000 40 brittle, opaque PTA (39/61) fiber 51,000 96 flexible, opaque PTA ( 43/57) fiber 40,000 119 flexible, opaque
PTS (3/97) Pulver 17.500 56 brüchig, opaque PTS (7/93) Pulver 22.000 55 brüchig, opaque PTS (9/91) Pulver 23.000 48 brüchig, opaque PTS (29/71) Pulver 25.000 40 brüchig, opaque PTS (41/59) Faser 53.500 95 flexibel, opaque PTS ( 56/44 ) Faser 49.000 139 f iiexiihoreli, traarnesnrtPTS (3/97) powder 17,500 56 brittle, opaque PTS (7/93) powder 22,000 55 brittle, opaque PTS (9/91) powder 23,000 48 brittle, opaque PTS (29/71) powder 25,000 40 brittle, opaque PTS ( 41/59) fiber 53,500 95 flexible, opaque PTS (56/44) fiber 49,000 139 f iiexiihoreli, traarnesnrt
BTA (34/66 ) Faser 47.000 88 flexibel, opaque BTA (42/53 ) Faser 46.000 117 flexibel, opaque BTA (34/66) fiber 47,000 88 flexible, opaque BTA (42/53) fiber 46,000 117 flexible, opaque
BTA (51/49 ) Faser 50.000 142 flexibel, opaqueBTA (51/49) fiber 50,000 142 flexible, opaque
in Klammern: molares Verhältnis von aromatischer zu aliphatischer Dicarbonsäurein brackets: molar ratio of aromatic to aliphatic dicarboxylic acid
** bestimmt über GPC-Messung bezogen auf Polystyrol Standard E: Dimethylen T: Terephthalsäure A: Adipinsäure** determined by GPC measurement based on polystyrene standard E: dimethylene T: terephthalic acid A: adipic acid
P: Trimethylen S: SebacinsäureP: trimethylene S: sebacic acid
B: TetramethylenB: tetramethylene
2. Thermische Eigenschaften2. Thermal properties
Die thermischen Eigenschaften sind durch die Schmelzpunkte (s. Tabelle 2) charakterisiert. Für den Fall der Copolyester mit 1,3-Propandiol als Diolkomponenten wie PTA und PTS, die auf Grund ihrer C-Zahl eine Mittelstellung einnehmen, wurde das Schmelzverhalten in Abhängigkeit vom Anteil an Terephthalsäure genauer untersucht. Bis zu einem Terephthalsäureanteil von ca. 30 mol % (bezogen auf den Säureanteil im Copolyester) liegen Schmelzpunkte und Material¬ eigenschaften vor, die denen der reinen aliphatischen Polyester entsprechen (z.B. SP36: Saturated Polyester aus 1 ,3-Propandiol und Adipinsäure.SP3iθ :Saturated Polyester aus 1 ,3- Propandiol und Sebacinsäure). Die rein aliphatischen Polyester erwiesen sich als biologisch abbaubar, haben aber ein starkes Defizit an Materialeigenschaften (Witt, Müller, Augusta, Widdecke und Deckwer, Macrom. Chem. Phys. 195 (1994), 793-802). Wie Abb. 1 zeigt, steigen Schmelzpunkte und Materialeigenschaften für die untersuchten PTA- und PTS- Copolyester jedoch sprunghaft an bei einem Terephthalsäureanteil (T- Anteil) von ca. 35 mol %. Wie im weiteren gezeigt wird, ergibt sich für derartige Copolyestersysteme ein enger optimaler Bereich zwischen Abbaubarkeit einerseits und Materialeigenschaften andererseits, der bei T-Anteilen von ca. 35 - 50mol % liegt. Hierbei ergibt sich der untere Anteil aus den Mindestanforderungen an die Gebrauchseigenschaften (wie z. B. Schmelzpunkte von mindestens 90 °C, ausreichende Film- und Fasereigenschaften), der obere Anteil aus der Forderung nach biologischer Abbaubarkeit (s. Abschnitte 4 und 5).The thermal properties are characterized by the melting points (see Table 2). In the case of copolyesters with 1,3-propanediol as diol components such as PTA and PTS, which have a middle position due to their C number, the melting behavior became dependent the proportion of terephthalic acid examined in more detail. Up to a terephthalic acid content of approx. 30 mol% (based on the acid content in the copolyester) there are melting points and material properties that correspond to those of the pure aliphatic polyester (e.g. SP36: Saturated polyester made of 1,3-propanediol and adipic acid. SP3iθ: Saturated polyester from 1,3-propanediol and sebacic acid). The purely aliphatic polyesters have proven to be biodegradable, but have a strong deficit in material properties (Witt, Müller, Augusta, Widdecke and Deckwer, Macrom. Chem. Phys. 195 (1994), 793-802). As Fig. 1 shows, melting points and material properties for the investigated PTA and PTS copolyesters rise suddenly at a terephthalic acid content (T content) of approx. 35 mol%. As will be shown in the following, there is a narrow, optimal range between degradability on the one hand and material properties on the other hand for such copolyester systems, which lies at T fractions of approx. 35-50 mol%. The lower part results from the minimum requirements for the usage properties (such as melting points of at least 90 ° C, sufficient film and fiber properties), the upper part from the requirement for biodegradability (see Sections 4 and 5).
3. Stabilität gegen Hydrolyse3. Stability against hydrolysis
Um die biologischen Abbauuntersuchungen eindeutig bewerten zu können, wurde geprüft, inwieweit die synthetisierten Polyester-Copolymere einem hydrolytischen Abbau unterliegen. Diese Untersuchungen wurden, wie im Beispiel 10 ausgeführt, unter Ausschluß von Mikroorga¬ nismen bei Raumtemperatur und 60 °C durchgeführt.In order to be able to clearly assess the biological degradation studies, it was examined to what extent the synthesized polyester copolymers are subject to hydrolytic degradation. As described in Example 10, these tests were carried out with the exclusion of microorganisms at room temperature and 60 ° C.
Nach drei Monaten Einwirkung bei Raumtemperatur ergaben sich keine Gewichtsverluste oder sonstige meßbare Abbauerscheinungen bei Filmen aus PTA- und PTS-Copolyestern.After exposure to room temperature for three months, there were no weight losses or other measurable degradation phenomena in films made from PTA and PTS copolyesters.
Bei den Untersuchungen bei 60 °C ergaben sich nach 10 Wochen Einwirkungszeit leichte bzw. geringe Gewichtsverluste. Diese betrugen für Copolyester PTS (41/59) und PTS (56/44) Ca. o,o % und für die Copolyester PTA (39/61) und PTA (43/57) ca. 3,5 bzw. 6 %. Somit war bei den PTA-Estern mit Adipinsäure als aliphatische Dicarbonsäurekomponente im untersuchten Zeitraum eine stärkere chemische Hydrolyse zu beobachten als bei den PTS-Copolyestern mit Sebacinsäure als Dicarbonsäurekomponente. Wie im folgenden Abschnitt gezeigt wird, beträgt der Gewichtsver- lust durch Hydrolyse allerdings nur einen Bruchteil dessen, der beim biologischen Abbau bei 60 °C (Kompostierung) erreicht wird.In the tests at 60 ° C, there were slight or slight weight losses after 10 weeks of exposure. For copolyesters these were PTS (41/59) and PTS (56/44) C a. o, o% and for the copolyesters PTA (39/61) and PTA (43/57) approx. 3.5 and 6 % . Thus, stronger chemical hydrolysis was observed in the PTA esters with adipic acid as the aliphatic dicarboxylic acid component than in the PTS copolyesters with sebacic acid as the dicarboxylic acid component. As shown in the following section, the weight however, pleasure from hydrolysis is only a fraction of what is achieved during biodegradation at 60 ° C (composting).
4. Biologischer Abbau4. Biodegradation
Untersuchungen im aquatischen SystemInvestigations in the aquatic system
Polyesterfüme (25 mm 0, 100 μm Stärke) wurden in 100 ml Flüssigvolumen bei 25 °C unter Rühren und Luftzufuhr behandelt. Ein entsprechendes Mineralsalzmedium und ein Erd- bzw. Komposteluat wurden zugesetzt. Wie Abb. 2 zeigt, werden PTA- und PTS-Copolyester bis zu einem Anteil an Terephthalsäure von 30 % in dem angegebenen aquatischen System gut abge¬ baut. Ein Abbau der statistischen Copolyester mit Terephthalsäureanteilen > 30 mol % (bezogen auf den Säureanteil) konnte im aquatischen System allerdings nicht beobachtet werden. Offen¬ sichtlich reicht hier die Anwesenheit der mikrobiellen Mischkultur und der Mineralsalze für einen mikrobiellen Abbau im beobachteten Zeitraum nicht aus.Polyester foams (25 mm 0, 100 microns thickness) were treated in 100 ml liquid volume at 25 ° C with stirring and air supply. A corresponding mineral salt medium and an earth or compost eluate were added. As shown in Fig. 2, PTA and PTS copolyesters are well degraded up to a terephthalic acid content of 30% in the specified aquatic system. A breakdown of the statistical copolyesters with terephthalic acid components> 30 mol% (based on the acid component) could not be observed in the aquatic system. Obviously, the presence of the microbial mixed culture and the mineral salts is not sufficient for microbial degradation in the observed period.
Abbauuntersuchungen bei ErdeingrabungDegradation studies in the case of burial
Wie im Beispiel 11 beschrieben, wurden Abbauuntersuchungen durch Eingrabung in Erde nach DIN 53739D bei einer relativen Feuchtigkeit von 60 % und bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Abb. 3 wiedergegeben. Daraus ist zu ersehen, daß die Polyester-Copolymere mit niedrigen Anteilen an Terephthalsäure (PTS (41/59) und PTA (39/61)) bereits nach 7 bzw. 8 Wochen nicht mehr zu isolieren.As described in Example 11, degradation studies were carried out by digging into soil in accordance with DIN 53739D at a relative humidity of 60% and at room temperature. The results of these investigations are shown in Fig. 3. It can be seen from this that the polyester copolymers with low proportions of terephthalic acid (PTS (41/59) and PTA (39/61)) can no longer be isolated after 7 and 8 weeks, respectively.
Für PTA (43/57) zeigte sich nach einer Zeit von 8 Wochen ein Gewichtsverlust von 14 % .PTA (43/57) showed a weight loss of 14% after 8 weeks.
Dagegen konnten für PTS (56/44) kein Gewichtsverlust und auch keine optischen Hinweise auf einen mikrobiellen Angriff feststellt werden.In contrast, no weight loss and no visual evidence of a microbial attack could be found for PTS (56/44).
Kompostierung bei 60 °CComposting at 60 ° C
Zusätzlich zu den Erdeingrabungstests wurde die Abbaubarkeit in Kompost bei 60 °C bei 60 % relativer Feuchtigkeit überprüft. Dabei kam ein Kompost aus Grünabfällen aus der Nachrotte- phase der Kompostierungsanlage Watenbüttel (Braunschweig) zum Einsatz. Die Ergebnisse in Abhängigkeit von der Behandlungszeit sind in Abb. 4 dargestellt. Die statistischen Copolyester mit Adipinsäure (PTA) sind nach 6 - 7 Wochen aus dem Kompost nicht mehr zu isolieren. Auch die PTS-Copolyester werden biologisch angegriffen und weisen signifikante Gewichtsverluste auf, die deutlich größer sind als man nach rein chemischer Hydrolyse erwarten kann. Für PTSIn addition to the digging tests, the degradability in compost was checked at 60 ° C with 60% relative humidity. A compost of green waste from the post-rotting phase of the Watenbüttel composting plant (Braunschweig) was used. The results in Fig. 4 shows the dependence on the treatment time. The statistical copolyesters with adipic acid (PTA) can no longer be isolated from the compost after 6-7 weeks. The PTS copolyesters are also attacked biologically and show significant weight losses, which are significantly greater than can be expected after purely chemical hydrolysis. For PTS
(41/59) liegt der Gewichtsverlust bei ca. 40 % und für PTS (56/44) bei ca. 20 % nach insgesamt 10 Wochen Behandlungszeit.(41/59) the weight loss is approx. 40% and for PTS (56/44) approx. 20% after a total of 10 weeks of treatment.
5. Einsatz von Modelloligomeren mit Terephthalsäure als Säurekomponente5. Use of model oligomers with terephthalic acid as the acid component
Die meisten bekanntenMost known
Polyester mit rein aliphatischen Säuren lassen sich biologisch vollständig abbauen. Die unter 4. dargestellten Abbauergebnisse zeigen, daß dies auch möglich ist, wenn der Anteil aromatischerPolyesters with purely aliphatic acids can be completely biodegraded. The degradation results shown under 4. show that this is also possible if the proportion is aromatic
Dicarbonsäure einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Um Aufschluß darüber zu erhalten, welche strukturellen Einheiten mit aromatischen Dicarbonsäuren sich noch abbauen lassen, wurden Untersuchungen mit Modelloligomeren durchgeführt, wobei als Diol wiederum 1 ,3-Dicarboxylic acid does not exceed a certain value. In order to obtain information about which structural units can still be broken down with aromatic dicarboxylic acids, investigations were carried out with model oligomers, 1, 3- as the diol.
Propandiol wegen seiner Mittelstellung und Terephthalsäure eingesetzt wurden. Die Synthese dieser Oligo-Trimethylenterephthalate bzw. Poly-Trimethylenterephthalate (PTMT) ist in BeispielPropanediol was used because of its middle position and terephthalic acid. The synthesis of these oligo-trimethylene terephthalates or poly-trimethylene terephthalates (PTMT) is in example
12 beschrieben. In Tabelle 3 sind die mittleren Molekulargewichte (durch GPC ermittelt mit12 described. Table 3 shows the average molecular weights (determined by GPC with
Polystyrol als Standard) sowie deren Schmelzpunkte angegeben.Polystyrene as standard) and their melting points.
Tab. 3: Aromatische PTMT-Oligomere durch 1 ,3-Propandiol-ÜberschußTab. 3: Aromatic PTMT oligomers through 1,3-propanediol excess
Oligomer Mw [g/mol] Tm [°C] 1 ,3-Propandiol-Überschuß [mol %]Oligomer M w [g / mol] T m [° C] 1,3-propanediol excess [mol%]
PTMT 1 2630 194 20 PTMT 2 2010 184 50 PTMT 3 1680 176 100PTMT 1 2630 194 20 PTMT 2 2010 184 50 PTMT 3 1680 176 100
Diese Modelloligomere wurden im modifizieren Sturmtest mit 1 % Komposteluat als Inoculum untersucht, wobei zum Vergleich das Biopolymer Polyhydroxybutyrat/-valeriat(PHB/V) verwen¬ det wurde. Die Ergebnisse sind in Form der CO2-Entwicklung in Abhängigkeit von der Beobach¬ tungszeit in Abb. 5 wiedergegeben. Man erkennt daraus, daß mit abnehmendem durchschnitt¬ lichem Molekulargewicht der aromatischen Oligomere der abbaubare Anteil deutlich ansteigt. Der partielle Abbau wurde bereits nach weniger als 20 Tagen erreicht. Nach dieser Zeit nimmt die CO2-Entwicklung nur noch leicht zu. Bemerkenswert ist, daß die Adaptationzeit in allen Fällen sogar kürzer als beim Abbau von PHB/V war. Tabelle 4 gibt die C-Bilanzen wieder, die prinzipiell gut erfüllt sind. Zur Aufstellung der C-Bilanzen wurde auch Protein in der Biomasse nach Lowry ermittelt und Restpolymer nach Zerstörung der Biomasse durch Hypochlorit bestimmt. Die gelösten Komponenten wurden durch Bestimmung des Chemischen Sauerstoff¬ bedarfs erfaßt.These model oligomers were examined in a modified storm test with 1% compost eluate as inoculum, the biopolymer polyhydroxybutyrate / valerate (PHB / V) being used for comparison. The results are shown in Fig. 5 in the form of CO 2 development as a function of the observation time. It can be seen from this that the degradable fraction increases significantly with decreasing average molecular weight of the aromatic oligomers. Partial degradation was achieved after less than 20 days. After this time, the CO 2 development only increases slightly. It is remarkable that the adaptation time was in all cases even shorter than when PHB / V was broken down. Table 4 shows the C balance sheets, which are in principle well fulfilled. To prepare the C balances, protein was also determined in the Lowry biomass and residual polymer after the biomass was destroyed by hypochlorite. The dissolved components were determined by determining the chemical oxygen demand.
Tab. 4: C-Bilanz der aromatischen PTMT-Oligomere nach dem mikrobiellen Abbau im Sturm¬ test (4 Wochen, 25 °C, 1 Vol-% Komposteluat, * PHB/V diente als "Abbau Standard")Tab. 4: C balance of the aromatic PTMT oligomers after microbial degradation in the Sturm test (4 weeks, 25 ° C, 1% by volume compost eluate, * PHB / V served as "degradation standard")
Kohlenstoff [% der Theorie] ermittelt überCarbon [% of theory] determined via
Oligomer a) b) c) Rest¬ Σ a,b,c + CO2-Entwicklung Biomasse Lösliche Kom¬ polymer Restpolymer ponenten (CSB)Oligomer a) b) c) Residual Σ a, b, c + CO 2 development Biomass Soluble polymer Residual polymer components (COD)
PTMT 1 10,2 < 0,1 0,0 87,1 97,3 PTMT 2 16,3 < 0,1 2,5 78,8 97,4 PTMT 3 23,2 < 0,1 4,0 74,9 102,2PTMT 1 10.2 <0.1 0.0 87.1 97.3 PTMT 2 16.3 <0.1 2.5 78.8 97.4 PTMT 3 23.2 <0.1 4.0 74, 9 102.2
PHB/V * 54,5 46,6 3,8 0,0 104,9PHB / V * 54.5 46.6 3.8 0.0 104.9
Die Verteilung der Oligomere im PTMT 1 - 3 wurde durch Gelpermeationschromatographie vor und nach dem Abbau untersucht. Die aus der GPC erhaltenen Molekulargewichte Mps beziehen sich auf Polystyrol als Eichstandard. Die durchschnittliche Differenz dieser Werte (= 377, ausgenommen der Peak "CD") bezogen auf die Masse der konstitutionellen Repetiereinheit der PTMT-Oligomere (= 206) ergibt einen Faktor von 0,55. Durch Multiplikation von M s1 mit diesem Faktor erhält man MGPC. Mit Hilfe der Massenspektroskopie, nach GPC-Fraktionierung, erhielt man eine vollständige Zuordnung aller Polymerisationsprodukte (MH+ MS). Die so erhaltene Peakzuordnung ist in Tab. 5 angegeben und Abb. 6 zeigt das Chromatogramm für das synthetisierte Oligomergemisch PTMT3 vor seinem Einsatz in Abbauuntersuchungen. Bei dem bei einer Eluationszeit von 8,84 min auftretenden Peak CD handelt es sich um das cyclischeThe distribution of the oligomers in PTMT 1 - 3 was examined by gel permeation chromatography before and after degradation. The molecular weights Mps obtained from the GPC refer to polystyrene as the calibration standard. The average difference between these values (= 377, excluding the peak "CD") based on the mass of the constitutional repeating unit of the PTMT oligomers (= 206) gives a factor of 0.55. Multiplying M s 1 by this factor gives M GPC . With the help of mass spectroscopy, after GPC fractionation, a complete assignment of all polymerization products (MH + MS ) was obtained. The peak assignment obtained in this way is given in Table 5 and Fig. 6 shows the chromatogram for the synthesized oligomer mixture PTMT3 before it is used in degradation studies. The peak CD occurring at an elution time of 8.84 min is cyclic
'D PS — = Polystyrol-Standard Dimer, das als Nebenprodukt der PTMT-Synthese auftritt.'D PS - = polystyrene standard Dimer that occurs as a by-product of PTMT synthesis.
Tab. 5: Zuordnung der Massenpeaks im GP-ChromatogrammTab. 5: Allocation of the mass peaks in the GP chromatogram
Peak Mps nach GPC bezogen MGPC [g/mol] Mjj, [g/mol] MH+MS aus Massen- auf PS-Standard [g/mol] (= Mps/0,55) spektrometrie [g/mol]Peak M ps based on GPC M GPC [g / mol] M jj , [g / mol] MH + MS from mass to PS standard [g / mol] (= Mps / 0.55) spectrometry [g / mol]
1 420 231 282 2831 420 231 282 283
CD (540) (297) 412 413CD (540) (297) 412 413
2 780 429 488 4892,780,429,488,489
3 1160 638 694 6953 1160 638 694 695
4 1550 853 900 9014 1550 853 900 901
Abb. 7 zeigt nun die GP-Chromatogramme von PTMT 1 - 3 vor und nach dem Abbau im Sturmtest. Daraus ist ersichtlich, daß es sich bei den partiell abgebauten Bestandteilen stets um die gleichen Peaks handelt (n = 1 und 2). Die abbaubare konstitutionelle Repetiereinheit ist somitFig. 7 now shows the GP chromatograms of PTMT 1 - 3 before and after the breakdown in the storm test. It can be seen from this that the partially degraded constituents are always the same peaks (n = 1 and 2). The degradable constitutional repeating unit is thus
Konstitution»!!» R»p»tl«r«lnl>»lt (M(h - 206)Constitution"!!" R »p» tl «r« lnl> »lt (M (h - 206)
mit n < 2. Da der Anteil dieser abbaubaren Repetiereinheiten (n < 2) im Oligomer mit abnehmendem Molekulargewicht steigt, nimmt auch der Anteil der abgebauten Oligomermasse zu (s. Abb. 5 und CO2-Entwicklung in Tab. 4). Eine Wiederholung der Abbau versuche mit 1 und 10 Vol Inoculum über einen Zeitraum von 8 Wochen bei 30 °C ergab bei den GPC-Untersuchungen vor und nach dem Abbau völlig übereinstimmende Chromatogramme. Auch bei einer Kompostie¬ rung bei 60 °C konnte kein Abbau aromatischer Sequenzen mit n > 3 der PTMT-Oligomere beobachtet werden. Somit kann ihm untersuchten Zeitraum (8 Wochen) und den angegebenen Bedingungen eine Abbaubarkeit aromatischer Sequenzen mit n > 3 ausgeschlossen werden. Der angegebene optimale Bereich von 35 - 50 mol % T-Anteil im Säureanteil kann somit nicht zu größeren T-Anteilen verschoben werden, ohne gleichzeitig den Anteil an nicht abbaubaren aromatischen Sequenzen im Copolyester zu erhöhen. Da es sich bei PTA- und PTS-Copolykondensaten nicht um streng alternierend aufgebaute, sondern statistische Polyester handelt, wurde zur Abschätzung des Grades der biologischen Abbaubarkeit die statistische Verteilung in Abhängigkeit von der Monomerzusammensetzung berechnet. Die theoretische Abhängigkeit der Sequenzlängenverteilung n > 2 von der Monomerkonzentration (T- Anteil) zeigt Abb. 8. Für die in den Abbauuntersuchungen eingesetzten statistischen Copolyester ergeben sich bei Umrechnung in Gewichtsprozente die in Tab. 6 angegebenen Anteile an aromatischen Blocklängen. Daraus ist zu erkennen, daß der Anteil der abbaubaren aromatischen konstitutionellen Repetiereinheiten im Copolymer bei über 90 % liegt, wenn der Anteil an Terephthalsäure im Säureanteil nicht über 50 % steigt.with n <2. Since the proportion of these degradable repeat units (n <2) in the oligomer increases with decreasing molecular weight, the proportion of the degraded oligomer mass also increases (see Fig. 5 and CO 2 development in Table 4). Repetition of the degradation tests with 1 and 10 vol inoculum over a period of 8 weeks at 30 ° C. gave completely identical chromatograms in the GPC examinations before and after the degradation. Even with composting at 60 ° C., no degradation of aromatic sequences with n> 3 of the PTMT oligomers was observed. This means that the investigated period (8 weeks) and the specified conditions exclude the degradability of aromatic sequences with n> 3. The specified optimal range of 35-50 mol% T-part in the acid part cannot be shifted to larger T-parts without increasing the proportion of non-degradable aromatic sequences in the copolyester. Since PTA and PTS copolycondensates are not statistical alternating, but statistical polyesters, the statistical distribution depending on the monomer composition was calculated to estimate the degree of biodegradability. Fig. 8 shows the theoretical dependence of the sequence length distribution n> 2 on the monomer concentration (T content). For the statistical copolyesters used in the degradation studies, the proportions of aromatic block lengths given in Tab. From this it can be seen that the proportion of degradable aromatic constitutional repeat units in the copolymer is over 90% if the proportion of terephthalic acid in the acid portion does not exceed 50%.
Tab. 6: Anteil aromatischer Sequenzen mit n 3 in Polyester-CopolymerenTab. 6: Percentage of aromatic sequences with n 3 in polyester copolymers
Polyester Gew. % an aromatischen 1er- Gew. % an aromatischen und 2er-Sequenzen im Polymer Sequenzen > 3 im PolymerPolyester% by weight of aromatic 1% by weight of aromatic and 2 sequences in the polymer Sequences> 3 in the polymer
PTA (39/ 61) 94,3 5,7 PTA (43/57) 92,3 7,7 PTS (41/59) 94,1 5,9 PTS ( 56/ 44 ) 84 , 7 15 , 3 PTA (39/61) 94.3 5.7 PTA (43/57) 92.3 7.7 PTS (41/59) 94.1 5.9 PTS (56/44) 84, 7 15, 3
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Synthese von Poly[(trimethylen hexandioat)-co-trimethylen terephthalat)] PTA(39/61)Synthesis of poly [(trimethylene hexanedioate) -co-trimethylene terephthalate)] PTA (39/61)
0,207 mol 1 ,3 Propandiol, 0,074 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,112 mol Adipinsäure und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat als Katalysator werden durch Kondensation in der Schmelze poly¬ kondensiert. Als Polymerisationsreaktor dient ein 100 ml Dreihalskolben mit Vakuum-Rührsystem, Stickstoff-Zuleitung und Kondensator. Der Reaktionskolben wird mit Stickstoff gespült und unter Rühren (50 U/min) innerhalb von 10 h graduell auf 170 °C erwärmt. Hierbei kondensiert der größte Teil des sich bildenden Kondensates ab. Anschließend wird der Druck auf 0,01 mbar graduell erniedrigt und unter GPC -Kontrolle bis zum gewünschten Molekulargewicht von M^ = 30.000 - 70.000 g/mol kondensiert. Hierbei kondensiert auch im Überschuß eingesetztes Diol ab. Der Copolyester wird unter Vakuum abgekühlt, wiederholt in Chloroform gelöst und in eiskaltem Methanol (technische Reinheit) ausgefällt, und anschließend 24 h im Vakuum getrocknet.0.207 mol of 1, 3 propanediol, 0.074 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.112 mol of adipic acid and 0.04 g of zinc acetate dihydrate as a catalyst are polycondensed by condensation in the melt. A 100 ml three-necked flask with vacuum stirring system, nitrogen feed and condenser is used as the polymerization reactor. The reaction flask is flushed with nitrogen and gradually heated to 170 ° C. in the course of 10 h with stirring (50 rpm). The majority of the condensate that forms condenses off. The pressure is then gradually reduced to 0.01 mbar and condensed under GPC control to the desired molecular weight of M ^ = 30,000-70,000 g / mol. In this case, excess diol also condenses. The copolyester is cooled under vacuum, repeatedly dissolved in chloroform and precipitated in ice-cold methanol (technical grade), and then dried in vacuo for 24 hours.
Beispiel 2Example 2
Synthese von Poly[(trimethylen hexandioat)-co-trimethylen terephthalat)] PTA(43/57)Synthesis of poly [(trimethylene hexanedioate) -co-trimethylene terephthalate)] PTA (43/57)
0,207 mol 1,3 Propandiol, 0,093 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,093 mol Adipinsäure und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert.0.207 mol of 1,3-propanediol, 0.093 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.093 mol of adipic acid and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1.
Beispiel 3Example 3
Synthese von Poly[(trimethylen decandioat)-c£-trimethylen terephthalat)] PTS(41/59)Synthesis of Poly [(trimethylene decanedioate) -c £ -trimethylene terephthalate)] PTS (41/59)
0,207 mol 1,3 Propandiol, 0,074 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,112 mol Sebacinsäure und0.207 mol of 1,3-propanediol, 0.074 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.112 mol of sebacic acid and
0,05 g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert. Beispiel 40.05 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1. Example 4
Synthese von Poly[(trimethylen decandioat)-co-trimethylen terephthalat)] PTS (56/44)Synthesis of Poly [(trimethylene decanedioate) -co-trimethylene terephthalate)] PTS (56/44)
0,207 mol 1,3 Propandiol, 0,093 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,093 mol Sebacinsäure und 0,05 g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert.0.207 mol of 1,3-propanediol, 0.093 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.093 mol of sebacic acid and 0.05 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1.
Beispiel 5Example 5
Synthese von Poly[(ethylen hexandioat)- o-ethylen terephthalat)] ETA( 38/62 )Synthesis of Poly [(ethylene hexanedioate) - o-ethylene terephthalate)] ETA (38/62)
, 220 mol 1 , 2 -Ethandiol, 0,080 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,112 mol Adipinsäure und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert., 220 mol of 1,2-ethanediol, 0.080 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.112 mol of adipic acid and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1.
Beispiel 6Example 6
Synthese von Poly[(ethylen hexandioat)-cj -ethylen terephthalat)] ETA( 44/56 )Synthesis of Poly [(ethylene hexanedioate) -cj -ethylene terephthalate)] ETA (44/56)
, 022 mol 1 , 2 - Ethandiol, 0,100 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,100 mol Adipinsäure und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert., 022 mol 1, 2 - ethanediol, 0.100 mol dimethyl terephthalate (DMT), 0.100 mol adipic acid and 0.04 g zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1.
Beispiel 7Example 7
Synthese von Poly[(tetramethylen hexandioat)-co-tetramethylen terephthalat)] BTA(34/66)Synthesis of poly [(tetramethylene hexanedioate) -co-tetramethylene terephthalate)] BTA (34/66)
0,165 mol 1,4 Butandiol, 0,045 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,105 mol Adipinsäure und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert. Beispiel 80.165 mol of 1,4-butanediol, 0.045 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.105 mol of adipic acid and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1. Example 8
Synthese von Poly[(tetramethylen hexandioat)- σ-tetramethylen terephthalat)] BTA(42/58)Synthesis of poly [(tetramethylene hexanedioate) - σ-tetramethylene terephthalate)] BTA (42/58)
0,165 mol 1,4 Butandioi, 0,060 mol Dimethylterephthalat (DMT) 0,090 mol Adipinsäure und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert.0.165 mol of 1,4-butanedioi, 0.060 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.090 mol of adipic acid and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1.
Beispiel 9Example 9
Synthese von Poly[(tetramethylen hexandioat)-co-tetramethylen terephthalat)] BTA(51/49)Synthesis of poly [(tetramethylene hexanedioate) -co-tetramethylene terephthalate)] BTA (51/49)
0,165 mol 1 ,4 Butandioi, 0,075 mol Dimethylterephthalat (DMT), 0,075 mol Adipinsäure und 0,04g Zinkacetat-Dihydrat werden wie in Beispiel 1 kondensiert.0.165 mol of 1,4 butanedioi, 0.075 mol of dimethyl terephthalate (DMT), 0.075 mol of adipic acid and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed as in Example 1.
Beispiel 10Example 10
An den in den Beispielen 1 - 4 hergestellten statistischen Copolyestern wird die Hydrolysebestän- digkeit bei Raumtemperatur bestimmt. Es werden Polyester-Filme mit Ethanol sterilisiert und in sterilem Wasser bei Raumtemperatur geschüttelt (150 U/min). Es können in dem untersuchten Zeitraum von 3 Monaten keine Veränderungen bezüglich Gewichtsverlust und Kettenspaltungen (ermittelt durch GPC-Messungen) beobachtet werden. Zusätzlich wird an den in den Beispielen 1 - 4 hergestellten statistischen Copolyestern die Hydrolysebeständigkeit bei 60 °C bestimmt. Es werden Polyester-Filme mit Ethanol sterilisiert und in sterilem Wasser bei 60 °C geschüttelt (150 U/min). Die statistischen Copolyester PTS(41/59) und PTS (56/44 ) weisen nach 10 Wochen keine Gewichtsverluste auf, der PTA(39/61) und PTA(43/57) 3,5 % bzw. 6 % Gewichtsverlust.The resistance to hydrolysis at room temperature is determined on the statistical copolyesters prepared in Examples 1-4. Polyester films are sterilized with ethanol and shaken in sterile water at room temperature (150 rpm). No changes in weight loss and chain splitting (determined by GPC measurements) can be observed in the examined period of 3 months. In addition, the resistance to hydrolysis at 60 ° C. is determined on the statistical copolyesters prepared in Examples 1-4. Polyester films are sterilized with ethanol and shaken in sterile water at 60 ° C (150 rpm). The statistical copolyesters PTS (41/59) and PTS (56/44) showed no weight loss after 10 weeks, the PTA (39/61) and PTA (43/57) 3.5% and 6% weight loss, respectively.
Beispiel 11Example 11
Die Abbaubarkeit der statistischen Copolyester wird in einem Erdeingrabeversuch überprüft (DIN 53739D). Dazu werden Probekörper mit 100 mm Wandstärke und 25 mm im Durchmesser in Polyethylen-Netze eingeschweißt und in Erde mit 60 % relativer Feuchtigkeit eingegraben. Der Versuch wird bei ca. 20 °C durchgeführt. In Zeitintervallen wird der Masseverlust der Proben bestimmt, d. h. der prozentuale Verlust an Gewicht des Polyesterfilmes. Hierfür wird bei jedem Zeitintervall ein Probekörper entnommen, mit dest. Wasser gewaschen und 24 h im Vakuum getrocknet. Dieser entnommene Probekörper wird anschließend nicht wieder im Eingrabeversuch eingesetzt, sondern steht für analytische Untersuchungen zur Verfügung. Der Versuch wurde mit folgenden polymeren Werkstoffen durchgeführt: PTA(39/61), PTA(43/57), PTS(41/57) und PTS (56/44 ) . Die Ergebnisse sind Abb . 3 zu entnehmen .The degradability of the statistical copolyesters is checked in an earth digging test (DIN 53739D). For this purpose, test specimens with a wall thickness of 100 mm and a diameter of 25 mm are welded into polyethylene nets and buried in soil with 60% relative humidity. The The test is carried out at approx. 20 ° C. The mass loss of the samples is determined at time intervals, ie the percentage loss in weight of the polyester film. For this, a test specimen is taken at every time interval, with dist. Washed water and dried in vacuo for 24 h. This removed specimen is then not used again in the burial test, but is available for analytical investigations. The test was carried out with the following polymeric materials: PTA (39/61), PTA (43/57), PTS (41/57) and PTS (56/44). The results are Fig. 3 can be seen.
Zusätzlich wird die Abbaubarkeit der statistischen Copolyester in einer Kompostierung bei 60°C und 60 % relativer Feuchtigkeit überprüft. Die Probekörperabmessungen, Eingrabungen und Entnahmen entsprechen der Erdeingrabung. Der auf Grünabfällen basierende Kompost stammt aus der Nachrottephase und wurde der Kompostieranlage Watenbüttel (Braunschweig) entnommen. Die Ergebnisse sind Abb. 4 zu entnehmen.In addition, the degradability of the statistical copolyesters is checked in a composting at 60 ° C and 60% relative humidity. The specimen dimensions, burials and withdrawals correspond to the earth digging. The compost based on green waste comes from the post-rotting phase and was taken from the Watenbüttel composting plant (Braunschweig). The results are shown in Fig. 4.
In den Diagrammen ist jeweils der Masseverlust aufgetragen gegen die Zeit (in Wochen). Bei der Erdeingrabung sind die Copolyester PTA(39/61) und PTS(41/59), mit niedrigeren Terepht- halsäureanteilen, bereits nach 7 - 8 Wochen nicht mehr zu isolieren. Der PTS(43/57) weist nach dieser Zeit einen Gewichtsverlust von 14 % auf. Kein Gewichtsverlust in der Erdeingrabung beiThe mass loss is plotted against the time (in weeks) in the diagrams. When digging into the ground, the copolyesters PTA (39/61) and PTS (41/59), with lower terephthalic acid content, can no longer be isolated after 7 - 8 weeks. After this time, the PTS (43/57) showed a weight loss of 14%. No weight loss in the excavation
Raumtemperatur zeigte PTS(56/44). Beispiel 10 verdeutlicht, daß bei Raumtemperatur in dem beobachteten Zeitraum für die untersuchten Polyester kein hydrolytischer Einfluß vorliegt. Es kann somit von einem mikrobiellen Abbau gesprochen werden.Room temperature showed PTS (56/44). Example 10 shows that there is no hydrolytic influence at room temperature in the observed period for the polyesters examined. One can speak of a microbial degradation.
Bei der 60°C -Kompostierung weisen alle in den Beispielen 1-4 hergestellten Polyester einen Ab¬ bau auf. Hier sind die PTA-Copolyester mit Adipinsäure als aliphatische Dicarbonsäure-Kompo¬ nente bereits nach 6-7 Wochen nicht mehr zu isolieren. Die Copolyester mit Sebacinsäure als ali¬ phatische Dicarbonsäure-Komponente weisen signifikante Gewichtsverluste auf (PTS (41/59) ca. 0 %, PTS (56/44) ca. 20 % nach 10 Wochen). Beispiel 10 verdeutlicht, daß der hydrolytische Einfluß bei 60 °C eine dem mikrobiellen Abbau unterstützende Funktion erfüllt. Mit Adipinsäure als aliphatische Dicarbonsäure-Komponente ist dieser Einfluß stärker ausgeprägt als mit Sebacinsäure als aliphatischer Dicarbonsäure-Komponente. Durch geeignete Wahl der Monomer¬ komponenten und der Stochiometrie der statistischen Copolyester lassen sich so bezüglich Abbaugeschwindigkeit und Materialeigenschaften maßgeschneiderte Polyester darstellen. Beispiel 12At 60 ° C. composting, all polyesters produced in Examples 1-4 show degradation. Here, the PTA copolyesters with adipic acid as the aliphatic dicarboxylic acid component can no longer be isolated after only 6-7 weeks. The copolyesters with sebacic acid as the aliphatic dicarboxylic acid component show significant weight losses (PTS (41/59) approx. 0%, PTS (56/44) approx. 20% after 10 weeks). Example 10 illustrates that the hydrolytic influence at 60 ° C. fulfills a function that supports microbial degradation. This influence is more pronounced with adipic acid as an aliphatic dicarboxylic acid component than with sebacic acid as an aliphatic dicarboxylic acid component. By a suitable choice of the monomer components and the stochiometry of the statistical copolyesters, tailored polyesters can thus be produced with regard to the rate of degradation and material properties. Example 12
Synthese und Abbau von Modell-Oligomeren des Poly(trimethylen terephthalat) (PTMT)Synthesis and degradation of model oligomers of poly (trimethylene terephthalate) (PTMT)
0,131 mol 1 ,3-Propandiol, 0,131 mol DMT und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden mit jeweils 20, 50 und 100 mol% Überschuß an 1,3-Propandiol in der Schmelze bei 210°C, unter Stickstoffatmosphäre und Normaldruck, kondensiert. Die Oligomere werden gemahlen, nacheinander mit Wasser und Diethylether gewaschen und 24 h im Vakuum getrocknet. Es ergeben sich die in Tabelle 3 aufgelisteten aromatischen Oligomere.0.131 mol of 1,3-propanediol, 0.131 mol of DMT and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are each condensed with 20, 50 and 100 mol% excess of 1,3-propanediol in the melt at 210 ° C. under a nitrogen atmosphere and normal pressure . The oligomers are ground, washed successively with water and diethyl ether and dried in vacuo for 24 h. The aromatic oligomers listed in Table 3 result.
Der Abbau der Obgomere wird in einem modifiziertem Sturmtest untersucht. Einzige Kohlen stoff quelle sind die PTMT-Oligomere. Als Abbaukultur dient 1 VoI% eines Kom- posteluates und als Nährstoffquelle ein Mineralsalzmedium nach DIN 53739C. Der Versuch wird bei 25 °C, einer Luftzufuhr von ca. 2 1/h und in 100 ml Flüssigkeitsvolumen durchgeführt.The degradation of the obgomer is examined in a modified storm test. The only carbon source are the PTMT oligomers. 1% by volume of a compost eluate serves as the degradation culture and a mineral salt medium according to DIN 53739C serves as the nutrient source. The test is carried out at 25 ° C., an air supply of approx. 2 l / h and in 100 ml of liquid volume.
Während die Oligomerfraktionen mit n < 3 einem weitgehenden mikrobiellen Abbau unterliegen, zeigen Fraktionen mit n > 3 keinerlei Abbau durch die Mikroorganismen. Die Ergebnisse sind in Abbildung 7 dargestellt.While the oligomer fractions with n <3 are subject to extensive microbial degradation, fractions with n> 3 show no degradation by the microorganisms. The results are shown in Figure 7.
Beispiel 13Example 13
Synthese und Abbau von Modell-Oligomeren des Poly(ethylen terephthalat) (PET)Synthesis and degradation of model oligomers of poly (ethylene terephthalate) (PET)
0,161 mol 1,2-Ethandiol, 0, 161 mol DMT und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden mit 100 mol% Überschuß an I , 2-Ethandioiin der Schmelze bei 210 *C, unter Stickstoffatmosphäre und Normaldruck, kondensiert. Das Oligomere wird gemahlen, nacheinander mit Wasser und Diethylether gewaschen und 24 h im Vakuum getrocknet.0.161 mol of 1,2-ethanediol, 0, 161 mol of DMT and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed with 100 mol% excess of I, 2-Ethandioiin the melt at 210 * C, under a nitrogen atmosphere and at normal pressure. The oligomer is ground, washed successively with water and diethyl ether and dried in vacuo for 24 h.
Der biologische Abbau wurde wie unter Beispiel 12 untersucht und ergibt analoge Ergebnisse. Beispiel 14The biodegradation was examined as in Example 12 and gives analogous results. Example 14
Synthese und Abbau von Modell-Oligomeren des Poly(tetraethylen terephthalat) (PBT)Synthesis and degradation of model oligomers of poly (tetraethylene terephthalate) (PBT)
0,111 mol 1 ,4-Butandiol, 0,111 mol DMT und 0,04 g Zinkacetat-Dihydrat werden mit 100 mol % Überschuß an i.4-Butandioiin der Schmelze bei 210* C, unter Stickstoffatmosphäre und Normaldruck, kondensiert. Das Oligomer wird gemahlen, nacheinander mit Wasser und Diethylether gewaschen und 24 h im Vakuum getrocknet.0.111 mol of 1, 4-butanediol, 0.111 mol DMT and 0.04 g of zinc acetate dihydrate are condensed with 100 mol% excess of i.4-Butandioiin the melt at 210 * C, under a nitrogen atmosphere and at normal pressure. The oligomer is ground, washed successively with water and diethyl ether and dried in vacuo for 24 h.
Der biologische Abbau erfolgt wie unter Beispiel 12 beschrieben und ergibt analoge Ergebnisse. The biodegradation takes place as described in Example 12 and gives analogous results.
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