Darstellung von Polylactiden mittels reaktiver Extrusion

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit ist, aufbauend auf einem neuen Katalysatorsystem, ein Verfahrenskonzept zur alternativen Darstellung von Polylactid aus dem zyklischen Dimeren der Milchsäure, dem Lactid, zu entwickeln, mit dessen Hilfe Polylactide in größeren Mengen kostengünstig herzustellen sind. Als Polymerisationsaggregat wird dabei ein dichtkämmender, gleichsinnig drehender Zweischneckenextruder eingesetzt. Dazu wird ein Schneckenkonzept vorgestellt, das sowohl den polymerisationskinetischen Randbedingungen der Polylactid-Darstellung, den Nebenreaktionen zur Bildung von Abbauprodukten, als auch den ökonomischen Randbedingungen (hoher Durchsatz) Rechnung trägt. Die mit diesem neuentwickelten Verfahren dargestellten Polymere werden bezüglich ihrer mechanischen, rheologischen und thermischen Eigenschaften sowiehinsichtlich ihres Abbauverhaltens eingehend charakterisiert. Bei Polylactiden kommt der Kristallisation ein entscheidender Einfluß auf das spätere mechanische Eigenschaftsprofil zu. Bedingt durch den vergleichsweise niedrigen Glasübergang bei ca. 55°C kann es bei vielen aus Polylactiden erzeugten Produkten zu extremen Eigenschaftsveränderungen beim Überschreiten dieser Temperatur kommen. Diese Eigenschaftsänderungen können durch vorherige Kristallisation des Polymeren reduziert und minimiert werden, da die kristallinen Bereiche ihr Eigenschaftsprofil bis zum Erreichen des Schmelzpunktes bei ca. 175°C beibehalten. Dadurch wird der Prozeß der Kristallisation zu einem der wichtigsten Teilschritte bei der Verarbeitung von Polylactiden. In dieser Arbeit wird deshalb die Kristallisationskinetik von Poly-L-Lactid durch nichtisotherme, isokinetische Experimente bestimmt und die daten werden mathematisch in einer allgemein gültigen kristallisationsgrad- und kühlgeschwindigkeitsinvarianten Masterkurve dargestellt.

Goal of the existing paper is to develop an alternative processing concept for the production of polylactide from the cyclic dimer lactide, based on a new catalytic system. Using this processing concept polylactide can be produced in large amounts at lower cost. Polymerisation chamber is a closely intermeshing corotating twin screw extruder. A screw concept is discussed, which accounts for the polymerisation kinetics as well as for the economic boundary conditions (high throughput). The polylactide polymers produced using this process are characterised by means of their mechanical, rheological and thermal properties, as well as according to their degradation behaviour. With polylactides the crystallisation is a major influencing factor for the resulting mechanical properties of the material. Due to the glass transition temperature at comparably low 55°C, extreme changes in mechanical properties occur, while moving to temperatures above. These changes can be reduced by previous crystallisation of the polymer, as the crystalline structures keep their mechanical strength right up to the melting temperature at approximately 175°C. Thus the process of crystallisation is one of the most important steps in processing polylactide. Therefore, within this paper the crystallisation kinetics are discussed, using non isothermal isokinetic experiments to receive a mastercurve of the crystallisation, which is independent of the cooling rate and the degree of crystallinity.