CN104220482A - 聚酯以及由其制成的制品 - Google Patents
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Abstract
本文公开了聚酯以及由所述聚酯制成的制品。所述制品包括基底，所述基底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与外部环境接触，其中所述基底包含聚合物，所述聚合物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，和其中相比于包含初期聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)的基底，所述聚合物提供了基底的气体阻隔性的改善。
Description
本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求提交于2012年3月30日的美国临时专利申请号61/618,437的优选权，其以引用方式并入本文。
技术领域
本发明一般涉及聚酯，具体地讲涉及聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)以及由其制成的制品。
背景技术
气体阻隔性是对用于包装应用以保护内容物并提供期望的贮藏寿命的聚合物的关键要求之一。防止氧气渗透例如抑制氧化和微生物生长，然而防止水蒸气渗透则保留了液体含量。许多聚合物已用于这些应用，诸如聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)、聚乙烯(PE)、聚(乙烯醇)(PvOH)、乙烯-乙烯醇聚合物(EvOH)、聚(丙烯腈)(PAN)、聚(乙烯萘)(PEN)、衍生自己二酸和间苯二甲胺(MXD6)的聚酰胺以及聚(偏二氯乙烯)(PVdC)，并且可包括添加剂以增强阻隔性。然而，这些聚合物中的大部分遭受各种缺陷。例如，高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)具有中等水蒸汽阻隔，但是较差的氧气阻隔。EvOH在低湿度水平下表现出良好的氧气阻隔但是在高湿度水平下则不表现。PET具有相对高的拉伸强度但是受到低气体阻隔性的限制。
因此，存在对新聚合物的需要，所述新聚合物具有改善的氧气、二氧化碳和水分阻隔性。
发明内容
在本发明的一个方面，存在一种制品，所述制品包括：
基底，所述基底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与外部环境接触，
其中所述基底包含聚合物，所述聚合物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，和
其中相比于由初期聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)制成的基底，所述聚合物提供了基底的气体阻隔性的改善：在氧气方面的改善为2-99％，在二氧化碳方面的改善为11-99％或50-98％或75-96％，以及在水蒸汽面的改善为3-99％和25-75％。
在一个实施例中，聚合物为聚合物共混物，所述聚合物共混物包含PTF和聚(对苯二甲酸亚烷基酯)(PAT)并且其中所述聚合物共混物包含基于所述聚合物共混物的总重量计，0.1-99.9重量％的PTF。
在一个实施例中，聚合物为聚合物共混物，所述聚合物共混物包含PTF和聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)(PAF)并且其中所述共混物包含基于所述聚合物共混物的总重量计，0.1-99.9重量％的PTF。
在一个实施例中，所述聚合物为共聚物，所述共聚物包含衍生自2，5-呋喃二甲酸酯、对苯二甲酸酯和1，3丙二醇单体单元的单元，并且其中所述共聚物包含基于所述共聚物的总重量计，0.1-99.9重量％的PTF重复单元。
在另一个实施例中，所述基底包含设置在第一层和第二层之间并与第一层和第二层接触的聚合物，其中所述第一层与基底的第一表面接触，并且所述第二层与基底的第二表面接触，其中所述聚合物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，并且其中所述聚合物的量基于所述第一层、聚合物和第二层的总重量计，在0.1-99.9重量％或5-75重量％或10-50重量％的范围内。
在另一个实施例中，所述基底为壳体的形式，其配有用于引入材料的端口，使得所述材料与所述基底的第一表面接触。
在一个实施例中，所述基底为膜材或片材的形式。
在另一个实施例中，所述聚合物以涂层形式设置在所述基底的第一表面或第二表面中的至少一个上。
在本发明的一个方面，存在聚合物组合物，所述聚合物组合物包含具有下式的重复单元的聚合物：
其中n小于185。
在一个实施例中，n在80-185的范围内。
附图说明
附图以举例的方式示出本发明，但本发明不限于所述附图。
图1示意性地示出了根据本发明的示例性制品的一部分的剖面图，所述制品包括基底，所述基底包含聚合物，所述聚合物包含聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)。
图2示意性地示出了根据本发明的示例性多层基底的一部分的剖面图，所述基底包含设置在第一层和第二层之间并与第一层和第二层接触的聚合物。
图3示意性地示出了根据本发明的示例性制品的一部分的剖面图，所述制品包括涂覆基底。
图4示意性地示出了根据本发明的示例性制品的一部分，所述制品包括为壳体形式的基底，其配有端口。
图1-7中所示的附图标号阐释如下：
100：制品
300：包括涂覆基底301的制品
400：包括为壳体形式的基底401的制品
101、401：基底
201：多层基底
102、202、302：聚合物，所述聚合物包含聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)
103、203、303、403：基底的第一表面
104、204、304、404：基底的第二表面
213：第一层
214：第二层
405：端口
具体实施方式
本发明公开了制品，所述制品包括基底，所述基底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与外部环境接触，其中所述基底包含聚合物，所述聚合物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，和其中相比于由初期聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)构成的基底，所述聚合物提供了基底的气体阻隔性的改善。
在一个实施例中，聚合物基本上由下文所示的聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)构成，所述聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)衍生自2，5-呋喃二甲酸和1，3-丙二醇聚合物：
其中n＝10-1000或50-500或25-185或80-185。
如本文所用，术语“初期PET”是指PET组合物是100％PET并且不具有添加剂。如本文所用，气体阻隔性的改善计算为PTF和PET之间的气体阻隔性差值与PET阻隔值的比率，表示为百分比(％)值，如下所示：
其中GPTF为对PTF所测量的气体(氧气、二氧化碳或水分)阻隔值，并且GPET为对PET所测量的气体(氧气、二氧化碳或水分)阻隔值。
如本文所用，氧气阻隔性根据ASTM D3985-05测量；二氧化碳阻隔性根据ASTM F2476-05测量；并且水分阻隔性根据ASTM F1249-06测量。如本文所用，术语“阻隔”与“渗透速度”互换使用来描述气体阻隔性，其中材料的低渗透速度意味着材料具有高阻隔。
制品可以为膜材、片材、涂层、成型制品或模塑制品，或多层层压体中的层，例如收缩包装膜材。所述制品可以为成型制品或模塑制品，诸如容器、容器和封盖或顶盖、顶盖衬里或者容器和闭合件中的一种或多种，例如容器诸如饮料容器。本文中的膜材可以为取向的或未取向的，或单轴向取向的或双轴向取向的。
如本文所用，术语“生物衍生的(biologically-derived)”与“生物衍生的(bio-derived)”互换使用，并且是指包括单体或聚合物的化合物，其得自植物并仅包含可再生的碳，并且不是基于化石燃料的或基于石油的碳。
图1示意性地示出了示例性制品100的一部分的剖面图，所述制品包括基底101。所述基底101包括第一表面103和第二表面104，所述第二表面104与外部环境接触。如图1中所示，所述基底101为单层膜材或片材。基底101包含聚合物102，所述聚合物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，其中相比于由初期聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)构成的基底，所述聚合物102提供了基底的气体阻隔性的改善。对于氧气而言，由聚合物102提供的改善在2-99％或50-98％或75-96％的范围内。对于二氧化碳而言，由聚合物102提供的改善在11-99％或50-98％或75-96％的范围内。对于水分而言，由聚合物102提供的改善在3-99％或25-75％的范围内。
在一个实施例中，如通过在10℃/min的加热速率下的差示扫描量热法所测量的，聚合物102具有小于100J/g或小于10J/g或小于1J/g的结晶热。
聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PET)可衍生自1，3丙二醇和呋喃二甲酸的任何合适的异构体或它们的衍生物，诸如2，5-呋喃二甲酸、2，4-呋喃二甲酸、3，4-呋喃二甲酸、2，3-呋喃二甲酸或它们的衍生物。
在一个实施例中，聚合物102基本上由聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)构成，所述聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)衍生自1，3丙二醇和2，5-呋喃二甲酸并且是非晶态的。
如本文所公开的，聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)可具有在1960-196000或1960-98000或4900-36260范围内的数均分子量。另外，PTF可具有10-1000或50-500或25-185或80-185的聚合度。
在一个实施例中，聚合物102为聚合物共混物，所述聚合物共混物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)和聚(对苯二甲酸亚烷基酯)(PAT)，其中所述聚合物包含基于所述聚合物共混物的总重量计，0.1-99.9重量％或5-75重量％或10-50重量％的PTF。所述聚(对苯二甲酸亚烷基酯)包括衍生自对苯二甲酸和C2-C12脂族二醇的单元。
在另一个实施例中，聚合物102为聚合物共混物，所述聚合物共混物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)和聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)(PAF)，其中所述聚合物包含基于所述聚合物共混物的总重量计，0.1-99.9重量％或5-75重量％或10-50重量％的PTF。所述聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)包括衍生自呋喃二甲酸和C2-C12脂族二醇的单元。
聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)可由C2～C12脂族二醇和2，5-呋喃二甲酸或其衍生物制得。在一个实施例中，脂族二醇是生物衍生的C3二醇，诸如1，3丙二醇。在2，5-呋喃二甲酸的衍生物中，如果需要，在呋喃环的3位和/或4位上的氢可彼此独立地被-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃基团取代，上述基团任选地包含一至三个选自O、N、Si和S的杂原子，并且还任选地被至少一个选自-Cl、-Br、-F、-I、-OH、-NH2和-SH的成员取代。2，5-呋喃二甲酸的衍生物还可通过在所述酸部分之一或二者的位置处用酯或卤化物取代来制备。
合适的C2-C12脂族二醇的例子包括但不限于乙二醇、二甘醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、和2，2-二甲基-1，3-丙二醇。
在一个实施例中，聚合物102为共聚物(无规或嵌段)，其衍生自呋喃二甲酸、二醇或多元醇单体中的至少一种，多官能芳族酸或羟基酸中的至少一种。呋喃二甲酸与其它二元酸的摩尔比可以为任何范围，例如任一种组分的摩尔比可以大于1∶100或者在1∶100至100∶1或1∶9至9∶1或1∶3至3∶1或1∶1的范围内，其中所述二醇以过量于总装填二甲酸的1.2至3当量添加。
除了上述那些之外，可由其制成共聚物的聚合单体组成中所包括的其它二醇和多元醇单体的例子还可包括1，4-苯二甲醇、聚(乙二醇)、聚(四氢呋喃)、2，5-二(羟甲基)四氢呋喃、异山梨醇、异甘露糖醇、甘油、季戊四醇、山梨醇、甘露糖醇、赤藓醇以及苏糖醇。
合适的多官能酸的例子包括但不限于对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷酸、1，4-环己烷二甲酸、马来酸、琥珀酸、以及1，3，5-均苯三甲酸。
合适的羟基酸的例子包括但不限于：乙醇酸、羟基丁酸、羟基己酸、羟基戊酸、7-羟基庚酸、8-羟基己酸、9-羟基壬酸、或乳酸；或衍生自新戊内酯、ε-己内酯或L，L，D，D或D，L丙交酯的那些。
衍生自呋喃二甲酸、二醇或多元醇单体中的至少一种、以及多官能酸或羟基酸中的至少一种的示例性共聚物包括但不限于，1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸和对苯二甲酸的共聚物；1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸和琥珀酸的共聚物；1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸的共聚物；1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸和己二酸的共聚物；1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸和癸二酸的共聚物，1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸和异山梨醇的共聚物；1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸和异甘露糖醇的共聚物。
上文所述的聚合物102可包含其它组分诸如增塑剂、软化剂、染料、颜料、抗氧化剂、稳定剂、填料等。本文所述的聚合物在目前使用PET和类似聚酯的所有形式的应用中均具有价值。
图2示意性地示出了示例性多层基底201的一部分的剖面图，所述多层基底包含设置在第一层213和第二层214之间并与第一层和第二层接触的聚合物202，其中所述第一层213与基底201的第一表面203接触，并且所述第二层214与基底201的第二表面204接触，其中聚合物202包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)。在一个实施例中，聚合物202的量基于所述第一层213、聚合物202和所述第二层214的总重量计，在0.1-99.9重量％或2-80重量％或5-50重量％或5-25重量％的范围内。
在一个实施例中，所述聚合物202包含聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，其衍生自2，5-呋喃二甲酸和1，3-丙二醇聚合物。在另一个实施例中，所述聚合物202为聚合物共混物，其包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)和聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)，如上文所公开的。在另一个实施例中，聚合物202为聚合物共混物，其包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)和聚(对苯二甲酸亚烷基酯)，如上文所公开的。在另一个实施例中，聚合物202为共聚物，其衍生自呋喃二甲酸、二醇或多元醇单体中的至少一种，多官能酸或羟基酸中的至少一种，如上文所公开的。
任何合适的材料均可用于第一层213和第二层214。在一个实施例中，第一层213和第二层214中的至少一个包含聚(对苯二甲酸亚乙酯)。第一层213和第二层214的示例性材料包括但不限于PET、HDPE、LDPE、PE、PP、EvOH。在另一个实施例中，第一层213和第二层214中的至少一个包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)。
图3示意性地示出了示例性制品300的一部分的剖面图，其中所述聚合物302包含以涂层形式设置在基底301的第一表面303或第二表面304中的至少一个上的聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)。在一个实施例中，所述聚合物302包含聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，其衍生自2，5-呋喃二甲酸和1，3-丙二醇聚合物。在另一个实施例中，所述聚合物202为聚合物共混物，其包含聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)和聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)，如上文所公开的。在另一个实施例中，聚合物302为聚合物共混物，其包含聚(2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯)和聚(对苯二甲酸亚烷基酯)，如上文所公开的。在另一个实施例中，聚合物302为共聚物，其衍生自2，5-呋喃二甲酸、二醇或多元醇单体中的至少一种，多官能芳族酸或羟基酸中的至少一种，如上文所公开的。在一个实施例中，基底301为聚合物的。用于聚合物基底301的示例性材料包括但不限于PET、HDPE、LDPE、PE、PP、EvOH。在另一个实施例中，基底301为金属的。用于金属基底301的示例性材料包括但不限于不锈钢、碳钢和铝。
在一个实施例中，聚合物302包含PTF或PTF和聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)的共混物或PTF和聚(对苯二甲酸亚烷基酯)的共混物，或包含PTF重复单元的共聚物，所述聚合物涂覆到基底上以提供优异的耐磨性，所述基底通常为金属，其包括但不限于铝、不锈钢或碳钢，所述耐磨性量化为在测试中经过1000次循环后小于0.01g的重量损失或优选经过1000次循环后小于0.005g的重量损失或有利地经过1000次循环后小于0.002g的重量损失。此类涂层可提供抗腐蚀性。
在一个实施例中，涂覆的聚合物302的厚度在0.01-2500微米或1-1000微米或2-500微米的范围内。
在一个实施例中，制品100、200、300可以为膜材、片材、涂层、成型制品或模塑制品、或多层层压体中的层，例如收缩包装膜材。本文中的膜材可以为取向的或未取向的，或单轴向取向的或双轴向取向的。在一个实施例中，以膜材、片材、涂层、多层的层压体形式的制品100、200、300的特征在于氧气渗透率比PET低至少2-99％或50-98％或75-96％。在另一个实施例中，以膜材、片材、涂层、多层的层压体形式的制品100、200、300的二氧化碳渗透率比PET低至少11-99％或50-98％或75-96％。在另一个实施例中，以膜材、片材、涂层、多层的层压体形式的制品100、200、300的水蒸气渗透率比PET低至少3-99％或25-75％。
片材和膜材之间的区别为厚度，但是因为制品的厚度将根据其应用的需要而变化，所以难以设定区分膜材和片材的标准厚度。然而，本文中片材将被定义为厚度大于约0.25mm(10密耳)。优选地，本文片材的厚度为约0.25mm至约25mm，更优选地约2mm约15mm，且甚至更优选地约3mm至约10mm。在一个优选的实施例中，本文中的片材具有足够的厚度使得片材成为刚性，这通常在约0.50mm或更大时发生。然而，可形成厚于25mm，和薄于0.25mm的片材。相应地，在此由聚合物形成的膜材将在几乎所有情况下均具有小于约0.25mm的厚度。
本文中的膜材可以为取向的或未取向的，或单轴向取向的或双轴向取向的。包含均聚物PTF的膜材的特征在于氧气渗透率小于约100cc-密耳/m2-天-气压或小于50cc-密耳/m2-天-气压或小于10cc-密耳/m2-天-气压或小于8cc-密耳/m2-天-气压；或者二氧化碳渗透率小于约500cc-密耳/m2-天-气压或小于250cc-密耳/m2-天-气压或小于100cc-密耳/m2-天-气压或小于50cc-密耳/m2-天-气压或小于25cc-密耳/m2-天-气压或小于1.7cc-密耳/m2-天-气压；或者水蒸气渗透率小于80g-密耳/m2-天-气压或小于40g-密耳/m2-天-气压或小于20g-密耳/m2-天-气压或小于10g-密耳/m2-天-气压或小于8g-密耳/m2-天-气压。
包含PTF∶PTT比率小于或等于3∶1的共聚物(PTF-共聚-PTT)的膜材的特征在于氧气渗透率小于约100cc-密耳/m2-天-气压或小于50cc-密耳/m2-天-气压或小于40cc-密耳/m2-天-气压或小于30cc-密耳/m2-天-气压；并且水蒸气渗透率小于约80g-密耳/m2-天-气压或小于60g-密耳/m2-天-气压或小于50g-密耳/m2-天-气压。
包含10重量％PTF与PET的聚合物共混物的膜材的特征在于氧气渗透率小于约120cc-密耳/m2-天-气压或小于115cc-密耳/m2-天-气压或小于112cc-密耳/m2-天-气压；或者二氧化碳渗透率小于约700cc密耳/m2天-气压或小于600cc密耳/m2天-气压或小于570cc密耳/m2天-气压；或者水蒸气渗透率小于约82g密耳/100in2天-气压或小于80g密耳/100in2天-气压。
包含PTF单层基底或PTF多层基底(其中PET或其它聚合物作为第二基底)的壳体(瓶、容器、广口瓶)的特征在于氧气渗透率小于约0.04cc/瓶-天或小于0.02cc/瓶-天或小于0.01cc/瓶-天或小于0.008cc/瓶-天或小于0.0065cc/瓶-天；或者二氧化碳渗透率小于约6cc/瓶-天或小于3cc/瓶-天或小于1cc/瓶-天或小于0.5cc/瓶-天或小于0.10cc/瓶-天或小于0.05cc/瓶-天或小于0.015cc/瓶-天或小于；或水蒸气渗透率小于约0.028g/瓶-天或小于3g-密耳/m2-天-气压或小于2.5g-密耳/m2-天-气压或小于2g-密耳/m2-天-气压。如本文所用，术语“瓶”与包装互换使用，并且单位“cc/瓶-天”与“cc/包装-天”互换使用。
膜材和片材可由本领域已知的任何方法形成，诸如挤出、压缩、溶液流铸或注塑。这些方法中的每一种的参数将由聚酯的粘度特性和制品所期望的厚度来确定。容器还可使用吹塑、注塑、注坯拉伸吹塑、挤出吹塑以1-2个步骤制成。还可制成具有非晶态或结晶PET与纯的或抗冲改性的乙烯共聚物的共挤出浇注片材。
膜材或片材优选通过溶液流铸或挤出形成。特别优选挤出，以形成表现为连续长度的“环状”产品。例如，参见公布的PCT专利申请WO96/38282和WO 97/00284，其描述了通过熔融挤塑形成结晶性热塑性片材。
在挤出时，聚合物材料，无论是以熔融聚合物形式还是以塑性粒料或颗粒形式提供，均将其流体化或均化。然后迫使该混合物通过形状合适的模具以产生期望的制品的横截面形状。挤出力可通过在圆筒内运行的活塞或柱塞(柱塞挤出)，或通过旋转螺杆(螺杆挤出)施加，在所述圆筒中，将材料加热并增塑，然后以连续流的形式从所述圆筒中挤出通过模具。如本领域中所已知的，可使用单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。可将不同类型的模具用于制备不同的产品，诸如片和条(狭槽模具)以及中空和实心部件(圆形模具)。以这种方式，可制备不同宽度和厚度的膜材和片材。挤出后，聚合物膜材或片材通过辊获取、冷却并借助于合适的装置取下，所述装置被设计成防止其任何后续变形。
使用本领域中已知的挤出机，片材可通过以下方法制备：将聚合物层挤出在冷却辊之上，然后用拉伸辊将片材进一步拉伸至大于0.25mm的尺寸。优选地，成品片材大于0.25mm厚。为了制备大量片材，采用片材压延。将粗制片材给料于压延机的间隙中，所述机器包括多个可加热的平行圆柱形辊，所述辊以相反方向旋转、使聚合物扩展并将其拉伸至需要的厚度。最后的辊使由此制备的片材平滑。如果要求片材具有纹理化表面，则最终的辊配有适当的压花图案。作为另外一种选择，可将片材重新加热，然后通过压花压延机。所述压延机之后是一个或多个冷却鼓。最后，将成品片材卷绕。
上述挤出过程可与多个后挤出操作组合进行，以扩大灵活性。此类后成形操作包括将圆形更改成椭圆形、将片材拉伸至不同的尺寸、机加工和冲孔等。
在挤出和/或整理期间，可将本文的聚合物膜材或片材与其它聚合物材料组合以形成层合物或多层片材，所述层合物或多层片材具有改善的特性，诸如耐水蒸汽性。具体地讲，本文中的聚合物膜材或片材可与以下物质中的一种或多种组合：例如，聚对苯二甲酸亚乙酯(PET)、芳族聚酰胺、聚乙烯硫醚(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚砜(PS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚烯烃、聚乙烯、聚(环烯烃)以及聚(对苯二甲酸环己二甲醇酯)。可与本发明的聚酯聚合物组合使用的其它聚合物为美国专利申请序列号09/064,826和09/064,720中所列的那些。多层片材或层压片材可通过任何本领域中已知的方法制备，并可具有多达五个或更多个单独的层，所述层通过如本领域中已知的加热、粘合剂或接合层而接合在一起。
膜材或片材还可通过溶液流铸形成，这产生比通过熔融挤出制成的产品规格更一致均匀的产品。溶液流铸包括将聚合物颗粒、粉末等与任何期望的配方组分如增塑剂或着色剂一起溶解于合适的溶剂中。将所述溶液过滤以除去污垢或大颗粒并从狭缝模浇铸到传送带上，优选地不锈钢上，在其上制品冷却。然后将制品从带移除到卷绕辊上。挤出物厚度为成品厚度的五至十五倍，然后可将其以与挤出产品以类似的方式加工。此外，片材和片状制品，诸如盘，可通过任何本领域已知的方法由注塑形成；并且容器如瓶子可通过吹塑形成。
无论膜材或片材如何形成，均可通过在成形后在纵向或横向上拉伸初始的10倍或5倍或2倍，对其进行双轴向取向。在形成制品时，仅通过滚压和卷绕来引发纵向拉伸。这本质上在卷绕方向上拉伸膜材或片材，从而使一些纤维取向。虽然这在纵向上增强了制品，但是使得制品容易在与纵向成直角的方向上撕裂，因为所有纤维均在一个方向上取向。因此，对于不仅期望均匀产品而且还期望改善的阻隔的某些用途而言，优选双轴向拉伸的制品。双轴向拉伸使纤维平行于制品的平面取向，但使纤维在其平面内保留了无规取向。相比于未取向的制品，这提供了例如优异的拉伸强度、柔韧性、韧性、阻隔和收缩性。希望沿彼此成直角的两个轴拉伸制品。这增加了拉伸强度和拉伸方向上的弹性模量。最期望每个方向上的拉伸量大致相等，从而当从任何方向测试时，提供相似的制品内特性或性能。
双轴向取向可通过任何本领域已知的方法获得。然而，优选拉幅，其中将材料拉伸，同时在纵向上拉伸的同时或之后在横向上加热。收缩可通过将制品保持在拉伸位点并在淬火之前加热数秒来控制。该加热稳定了定向膜材或片材，然后所述膜材或片材可被迫仅在高于热稳定温度的温度下收缩。
上文所述的聚合物102、202、302可由聚合熔体直接形成为膜材或片材。在可供选择的方案中，聚酯可由熔体形成为容易操作的形状(诸如粒料)，其然后可用于形成膜材或片材。片材可用于例如形成标牌、窗玻璃(诸如公共汽车站候车亭、天窗或休闲车)、显示器、汽车车灯并用于热成形制品中。
如本文所述，由聚合物102、202、302获得的膜材示出优异的机械性能。此外，可在线或在膜材制备之后对此类膜材进行双轴取向。还可通过在一个方向上拉伸来将所述膜材取向，其中拉伸比为1∶2直至1∶15，更优选地1∶2.2直至1∶8。
具体地讲，本文所述的聚合物102、202、302适用于制造：
ο单轴定向膜材和双轴定向膜材，以及具有其它聚合物的多层膜材；
ο用于食品的保鲜膜材或收缩膜材；
ο热成形的食品包装或容器，其为单层和多层，如用于牛奶、酸奶、肉、饮料等的容器；
ο涂层，所述涂层使用挤压涂布或粉末涂覆法在基底上获得，所述基底包括金属，所述金属包括但不限于诸如不锈钢、碳钢、铝，此类涂层可包括粘合剂、用于控制流量的试剂诸如二氧化硅、氧化铝
ο具有刚性或柔性背衬的多层层合物，所述背衬诸如纸材、塑料、铝或金属膜材；
ο用于制备通过烧结获得的部件的发泡或可发泡珠粒；
ο发泡或半发泡产品，包括使用预膨胀制品形成的泡沫块；以及
ο发泡片、热成形泡沫片和由其获得的用于包装食品的容器。
在另一个实施例中，所述制品可以为成型制品或模塑制品，如图4中所示，诸如容器、容器和封盖、或容器和闭合件中的一种或多种，例如容器诸如饮料容器。图4示意性地示出了示例性制品400的一部分，其包括呈壳体形式的基底401，所述基底配有端口405用于引入材料，使得材料与基底401的第一表面403接触。基底401包含聚合物102、202、302，如上文所公开的。
在一个实施例中，以容器形式的制品400的氧气渗透率比PET的氧气渗透率低至少2-99％或50-98％或75-96％。在另一个实施例中，制品400的CO2渗透率比PET的低至少11-99％或50-98或75-96％。在另一个实施例中，制品400的水蒸气渗透率比PET的低至少3-99％或25-75％。
在使用制成容器的其制品的方法中，使容器暴露于加热的液体、气体或蒸气中，诸如使容器暴露于蒸馏罐的蒸气中。
如上文所公开的包含含PTF的聚合物的制品可用于任何合适的应用，所述应用包括但不限于食品和药物包装、医疗设备、个人护理用品、电子器件和半导体、油漆和涂料、以及化学品包装。
制备聚合物102、202、302的方法
用于本文制品中的各种聚合物包括聚酯，以及各种共聚物(无规或嵌段)，其可根据对用于聚合的单体的选择来制备。
聚合物可由C2～C12脂族二醇和2，5-呋喃二甲酸或其衍生物制得。在2，5-呋喃二甲酸的衍生物中，如果需要，在呋喃环的3位和/或4位上的氢可彼此独立地被-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃基团取代，上述基团任选地包含一至三个选自O、N、Si和S的杂原子，并且还任选地被至少一个选自-Cl、-Br、-F、-I、-OH、-NH2和-SH的成员取代。2，5-呋喃二甲酸的衍生物还可由在所述酸部分之一或二者的位置处用酯或卤化物取代制得。
用于本文的聚合物可以由两步法制成，其中首先制备在聚合物主链中具有2，5呋喃二甲酸酯部分的预聚物。该中间产物优选为由两种二醇单体和一种二元酸单体构成的酯，其中二元酸单体的至少一部分包含2，5-FDCA，然后，在合适的聚合条件下使预聚物熔融聚合。此类条件通常包括减压以除去过量的二醇单体。可使用2，5呋喃二甲酸的酯或二元酸本身或两者的混合物。
例如，在步骤(I)中，在催化的酯交换过程中使二甲基-2，5-呋喃二甲酸与约2当量的二醇反应，以产生预聚物，同时除去2当量甲醇。优选二甲基-2，5-呋喃二甲酸，因为该酯交换步骤产生甲醇，其为容易除去的挥发性醇。然而，作为原料，也可使用2，5-呋喃二甲酸与其它挥发性醇或酚的二酯(例如，在大气压下具有小于150℃，优选小于100℃，更优选小于80℃的沸点)。因此，优选的例子包括乙醇、甲醇以及乙醇和甲醇的混合物。前述反应产生聚酯。此外，如果需要，二醇单体可包含附加的羟基，诸如甘油、季戊四醇或糖醇。呋喃二元酸也可直接使用，或转换成二酯或可连同二酯一起添加。
该方法的步骤(II)为催化的缩聚步骤，其中在减压下、在升高的温度和合适催化剂的存在下使预聚物缩聚。在该方法的各种实施例中，第一步为酯交换步骤，其在优选地约150至约260℃的范围内，更优选地在约180至约240℃范围内的温度下由特定酯交换催化剂催化，并且进行直到原始酯含量减少，直到达到约3mol％至小于约1mol％的范围。酯交换催化剂可被除去，从而避免缩聚的第二步中的相互作用，但是其通常被包含在第二步中。因此，酯交换催化剂的选择通过选择用于缩聚步骤中的催化剂来实现。可使用有机钛酸盐和锆酸盐催化剂，诸如TPT、TBT。还可将基于锡(IV)的催化剂，优选地基于有机锡(IV)的催化剂诸如烷基锡(IV)盐，包括单烷基锡(IV)盐、二烷基锡(IV)盐和三烷基锡(IV)盐及其混合物用作酯交换催化剂，其优于基于锡(II)的催化剂，如辛酸锡(II)。这些基于锡(IV)的催化剂可与替代或附加的酯交换催化剂一起使用。还可使用基于锑的催化剂。
可用于步骤1中的替代或附加的酯交换催化剂的例子包括以下物质中的一种或多种：钛(IV)醇盐或钛(IV)螯合物、锆(IV)螯合物、或锆(IV)盐(例如，醇盐)；铪(IV)螯合物或铪(IV)盐(例如，醇盐)。其它合适的酯交换催化剂为丁基三(辛酸)锡(IV)，二丁基二(辛酸)锡(IV)、二丁基二乙酸锡(IV)、二丁基月桂酸锡(IV)、双(二丁基氯化锡(IV))氧化物、二丁基二氯化锡、三丁基苯甲酸锡(IV)和二丁基氧化锡、氧化锑。
反应期间存在的活性催化剂可以与加入反应混合物中时的催化剂不同。所述催化剂的用量为相对于初始二酯约0.01mol％至相对于初始二酯约0.2mol％，更优选地其用量为初始二酯的约0.04mol％至初始二酯的约0.16mol％。
中间产物在后续的缩聚步骤中原样使用。在该催化缩聚步骤中，在减压下、在升高的温度和合适催化剂的存在下使预聚物缩聚。温度优选在约聚合物的熔点至高于该熔点约30℃的范围内，但是优选不小于约180℃。压力应该优选逐渐地减小。优选应该减小到尽可能地低，更优选低于1毫巴。
该第二步优选由缩聚催化剂诸如下文所列的那些之一来催化，并且所述反应优选在中等熔融条件下进行。合适的缩聚催化剂的例子包括钛(IV)醇盐或钛(IV)螯合物、锆(IV)螯合物、或者锆(IV)盐(例如醇盐)；铪(IV)螯合物或铪(IV)盐(例如醇盐)、锡(II)盐诸如锡(II)氧化物、二辛酸锡(II)、丁基辛酸锡(II)、或草酸锡(II)。其它催化剂包括由锡(IV)催化剂的还原获得的锡(II)盐，所述锡(IV)催化剂例如为烷基锡(IV)、二烷基锡(IV)、或三烷基锡(IV)盐，与还原化合物一起用作酯交换催化剂的基于锑的盐。附加的催化剂可在缩合反应之前添加以提高反应效率。所用的还原化合物可以为熟知的还原化合物，优选地含磷化合物。各种合适的还原化合物为三价磷的有机磷化合物，具体地讲单烷基次膦酸酯或二烷基次膦酸酯、亚膦酸酯或亚磷酸酯。合适的含磷化合物的例子为亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯基烷基酯、亚磷酸苯基二烷基酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三月桂基酯、亚磷酸三(十八烷基)酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、二异癸基季戊四醇二亚磷酸酯、二(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、三硬脂基山梨糖醇三亚磷酸酯、四(2，4-二叔丁基苯基)4，4′-二亚苯基二亚磷酸酯、4，4′-亚异丙基联苯酚烷基(C12-15)亚磷酸酯、聚(双丙二醇)苯基亚磷酸酯、四苯基双丙二醇亚磷酸酯、四苯基二异丙二醇亚磷酸酯、三异癸基亚磷酸酯、二异癸基苯基亚磷酸酯、二苯基异癸基亚磷酸酯、以及上述这些的混合物。
在各种实施例中，催化剂由此包括钛盐，诸如钛(IV)醇盐或钛(IV)螯合物和/或锆盐，其可连同还原剂一起使用。优选地，还原化合物以预聚合物的熔体形式添加。在这一阶段加入还原化合物有时将避免聚合物产物的变色并增加聚合物的分子量。由此发现特别受关注的酯交换催化剂和缩聚催化剂的组合基于酯交换期间的锡(IV)型催化剂，其优选在缩聚期间被亚磷酸三苯酯和/或三(壬基苯基)亚磷酸酯还原成锡(II)型催化剂。
所述催化剂的用量为相对于初始二酯约0.01mol％至相对于初始二酯约0.2mol％，更优选地其用量为初始二酯的约0.04mol％至初始二酯的约0.16mol％。
在固态聚合(SSP)过程中，在料斗、转鼓式干燥器或垂直管式反应器等中，使聚合物的粒料、颗粒、条或薄片经受升高的温度(低于熔点)并持续一定量的时间。在基于FDCA的聚合物的SSP过程中存在基于钛的催化剂，能够使聚合物达到20,000以及更大的数均分子量。相比于通常用于升级可再循环的PET的SSP，温度应该升高但是仍然保持(远)低于聚合物的熔点。
如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变型均旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括要素列表的工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或该工艺、方法、制品或设备所固有的其它要素。此外，除非有相反的明确说明，“或”是指包含性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，以下任何一个均表示满足条件A或B：A是真的(或存在的)且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)且B是真的(或存在的)、以及A和B都是真的(或存在的)。
如本文所用，短语“一种或多种”旨在涵盖非排他性的包括。例如，A、B和C中的一种或多种是指以下中的任一种：仅为A、仅为B、仅为C、A和B的组合、B和C的组合、A和C的组合或A、B和C的组合。
另外，使用“一个”或“一种”来描述本文所述的要素和组分。这样做仅是为了方便并且对本发明的范围给出一般含义。该描述应理解为包括一个或至少一个，并且除非明显地另有所指，单数也包括复数。
除非另有定义，本文所用的所有技术和科学术语的含义均与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的一样。虽然与本文所述的那些类似或等同的方法和材料均可用于所公开组合物实施例的实践或测试中，但是适宜的方法和材料是下文所述的。除非引用具体段落，本文提及的所有出版物、专利申请、专利以及其它参考文献全文均以引用方式并入本文。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。此外，材料、方法和例子仅是例证性的，并且不旨在进行限制。
在前述说明书中，结合具体的实施例已公开了不同概念。然而，本领域的普通技术人员认识到在不脱离以下权利要求中所示出的本发明范围的情况下可作出多种修改和变型。
以上已针对具体的实施例描述了有益效果、其它优点及问题的解决方案。然而，有益效果、优点、问题的解决方案、以及可致使任何有益效果、优点或解决方案产生或变得更显著的任何特征不可解释为是任何或所有实施例的关键、必需或基本特征。
应当认识到，为清楚起见，本文不同实施例的上下文中所描述的某些特点也可在单个实施例中以组合方式提供。反之，为简化起见，在单个实施例上下文中所描述的多个特点也可以分别提供，或以任何子组合的方式提供。此外，范围内提出的相关数值包括所述范围内的每个值。
本文所公开的概念将在下列例子中进一步描述，所述例子不限制权利要求中描述的发明范围。
本文所引用的例子涉及基于鞣质的泡沫。下文的讨论描述了如何形成基于PTF的聚合物、共聚物和共混物以及由此制得的制品。
实例
测试方法
经由尺寸排阻色谱法的分子量
尺寸排阻色谱法体系，Alliance 2695TM(Waters Corporation(Milford，MA)配有Waters 414TM示差折光率检测器、多角度光散射光度计DAWNHeleos II(Wyatt Technologies(Santa Barbara，CA))、和ViscoStarTM差分毛细管粘度计检测器(Wyatt)。用于数据采集和简化的软件为得自Wyatt的5.4版。所用柱子为排阻限为2×107并且理论塔板为8,000/30cm的两根Shodex GPC HFIP-806MTM苯乙烯-二乙烯基苯柱；和排阻限为2×105并且理论塔板为10,000/30cm的一根Shodex GPC HFIP-804MTM苯乙烯-二乙烯基苯柱。
通过在50℃下适度搅拌混合四小时，将样品溶于包含0.01M三氟乙酸钠的1，1，1，3，3，3-六氟-2-丙醇(HFIP)中，然后过滤通过0.45μm PTFE过滤器。溶液的浓度为大约2mg/mL。
将色谱仪设为35℃，流量为0.5mL/min，收集数据。进样量为100μL。运行时间为80min。从上述所有三个检测器导入数据，进行数据约化。光散射检测器采用八个散射角。数据处理中不涉及柱校正基准。
由特性粘度确定分子量
采用Goodyear R-103B Equivalent IV方法，使用T-3、X250、64作为校准基准，在Forced Flow Viscometer Modey Y-501C上测定特性粘度(IV)。二氯甲烷/三氟乙酸为溶剂载体。
热分析
由根据ASTM D3418-08实施的差示扫描量热法(DSC)，测定玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)。
机械性能
根据ASTM标准测试D638产生包括顶部负荷在内的拉伸特性。根据Bruceton楼梯跌落测试方法产生跌落冲击。使用测试设备测量膜材和瓶侧壁上的拉伸强度和伸长率。
1
H-NMR光谱
1H-NMR光谱在氘代氯仿(CDCl3)或四氯乙烷(tce-d2)中在400MHz NMR上记录。质子的化学位移使用作为内标物的氘代溶剂的共振以TMS的低磁场的ppm记录。
气体阻隔测试
根据ASTM方法D3985-05(氧气)、F1249-06(水蒸气)和F2476-05(二氧化碳)使用MOCON仪，对制备的样品进行氧气(O2)、二氧化碳(CO2)和水蒸气阻隔性的测试。测试条件的详情在下面给出：
●水蒸气测试：
○测试单元：MOCON-W 3/33或700(膜材)
○温度：37.8℃
○渗透剂：100％相对湿度
●氧气测试：
○测试单元：MOCON OX-2/21(膜材或瓶子)
○温度：23℃
○渗透剂：0％、50％或77％相对湿度
●二氧化碳测试：
○测试单元：MOCON PERMATRAN(R)TMC 4/41(膜材或瓶)
○温度：23℃
○渗透剂＝100％二氧化碳，23℃
材料
如下文实例中所用，除非另外指明，PET PQ-325聚(对苯二甲酸亚乙酯)(均聚物)、1，3-丙二醇(bioPDOTM)和10密耳厚聚酰亚胺膜材得自DuPont Company(Wilmington，DE)并按原样使用。PET AA72聚(对苯二甲酸亚乙酯)0.82IV(包含1.9mol％间苯二甲酸)得自NanYa并按原样使用。PET F80聚(对苯二甲酸亚乙酯)0.81IV(包含1.6mol％环己基二甲醇)得自Eastman并按原样使用。PETC9921聚(对苯二甲酸亚乙酯)0.80IV以及PET4000聚(对苯二甲酸亚乙酯)0.84IV得自DAKAmericas(Wilmington，NC)并按原样使用。异丙醇钛(IV)、乙二醇、1，4-丁二醇以及对苯二甲酸二甲酯得自Aldrich并按原样使用。2，5-呋喃二甲基酯(FDME)得自AstaTech Inc.(Bristol，PA)并按原样使用。
实例1：聚2，5-呋喃二甲酸三亚甲酯(PTF)的合成和固相聚合
通过bioPDO
TM
和FDME的缩聚制备PTF预聚物(PTF 1p-PTF 5p)
将2，5-呋喃二甲基酯(2557g)、1，3-丙二醇(1902g)、异丙醇钛(IV)(2g)、Dovernox-10(5.4g)装入到搅拌着的配备搅拌棒和冷凝器的10lb不锈钢高压釜(Delaware valley steel 1955，容器#：XS 1963)中。使用氮气吹扫，并且以30rpm速率开始搅拌以形成浆液。搅拌的同时，使高压釜经历50psi氮气加压随后排空的三个循环。然后设置微弱的氮气扫气(～0.5L/min)，以保持惰性气氛。当将高压釜加热至240℃的设定点时，在185℃的批料温度下开始释放甲醇。甲醇蒸馏继续120分钟，期间批料温度从185℃上升至238℃。当温度在238℃达到平衡时，加入第二填料异丙醇钛(IV)(2g)。此时，开始施加梯度真空，即在60分钟内使压力从760托降低至300托(泵抽通过柱)，然后从300托降低至0.05托(泵抽通过捕集器)。在0.05托时，使混合物保持在真空下并搅拌5小时，此后，使用氮气将容器加压回760托。
通过促使熔体通过容器底部的出口阀并进入水淬浴槽，回收所形成的聚合物。由此形成的股线通过制粒机成线，所述制粒机配备有喷气流以干燥聚合物使其不含水分，将聚合物股线切割成～1/4英寸长和～1/8英寸直径的小粒。收率为大约2724g(～5lbs)。Tg为大约58℃(DSC，5℃/min，2次加热)，Tm为大约176℃(DSC，5℃/min，2次加热)。1H-NMR(TCE-d)δ：7.05(s，2H)，4.40(m，4H)，2.15(m，2H)。Mn(SEC)～10300D，PDI 1.97。IV～0.55dL/g。
使用如上所述的相同的合成设置，进行四个其它聚合反应。总结的合成设置以及获得的分子量特性概述于下表1中。
表1：PTF预聚合物的特性。
1得自SEC，2得自特性粘度，3Dovernox-10(D-10)。
通过PTF预聚物的固相聚合制备PTF聚合物(PTF 1-PTF 5)
为了增加PTF预聚物的分子量(描述于上文部分1a中)，进行固相聚合。首先使经淬火并制粒的PTF预聚物通过以下方法结晶：将材料置于真空炉中，随后在真空和微弱的氮气吹扫下将粒料加热至120℃并持续120分钟。此时，使炉温上升至～163℃并将粒料保留在真空/氮气吹扫条件下以构建分子量。关闭所述炉，使粒料冷却并用SEC和IV分析，对于条件和所得的分子量的概述参见下表2。
表2：固相PTF聚合物的特性。
1得自SEC，2得自特性粘度。
实例2：PTF膜材(PTF-F)的制备及其阻隔性的测量
通过使用加热的Pasadena压机在230℃下压塑，将上述制备的PTF_3制成12.5厘米x12.5厘米的膜材。通过DSC分析由此制成的非晶态膜材，以示出低结晶度水平(＜1J/g)。为了制备半结晶膜材，将非晶态膜材中的一些在压力(5450kg)和140℃下退火过夜。这些膜材示出如使用DSC技术所测量的44-48J/g的结晶度。所述膜材具有50cm2的面积和0.17-0.30厘米的厚度。相同的非晶态膜材用于测量在不同相对湿度和23℃下的氧气渗透率，如表3中所示。
表3：PTF-F-2.1在不同相对湿度下的氧气渗透率。
使用MOCON仪对非晶态膜材和结晶膜材进行氧气、二氧化碳和水蒸气阻隔性的测试，并且结果概述在下表4中。
比较例：由2，5-呋喃二甲基酯以及1，4-丁二醇(PBF)制备聚酯
使用如下文实例3.1中所用的相同设置，不同的是单体不同，使用TPT作为催化剂(84μL)使1，4-丁二醇(122.3g，1.357mol)和FDME(125g，0.678mol)聚合。回收的聚合物收率为～66g。Tg为～39℃，Tm为～169℃。1H-NMR(tce-d)δ：7.30(m，2H)，4.70-4.30(m，4H)，2.0(m，4H)。Mn(SEC)～12100g/mol，PDI(SEC)1.89。
比较例：由2，5-呋喃二甲基酯和乙二醇(PEF)制备聚酯
使用如下文实例3.1中所用的相同设置，不同的是单体不同，使用TPT作为催化剂(76μL)使乙二醇(84.2g，1.357mol)和FDME(125g，0.678mol)聚合。唯一的区别在于酯交换在180℃下进行60分钟，并在200℃下进行60分钟。回收的聚合物收率为～63g。Tg为～89℃，Tm为～214℃(二次加热，10℃)。1H-NMR(tce-d)δ：7.30(m，2H)，4.70-4.30(m，4H)。Mn(SEC)～9400g/mol，PDI(SEC)1.84。
PEF和PBF的膜材制备工序
使用液压式平压机将上述制备的PEF和PBF聚合物压塑成8-10微米厚的膜材。将聚合物粒料置于承载在Kapton膜材上的6英寸乘6英寸框架中。将聚合物样品和膜材置于两个玻璃纤维增强的片材之间并置于压机中。将压机预热至期望的温度(对于PBF、PTF-A而言210℃，并且对于PEF而言250℃)，并且将膜材夹层置于台板之间。使台板经受20,000psig压力并使用5-8分钟的时间。除去膜材夹层并且出于淬火的目的将其置于两个冷却板之间。将成品膜材与片分离，并测量厚度。
表4：非晶态和结晶PTF膜材、PBF和PEF膜材的气体渗透率(ND＝
未测定)
如表4中所示，与其它基于呋喃的聚酯诸如PEF-F和PBF-F相比，由PTF制得的非晶态(PTF-F-2.2)和结晶(PTF-F-2.3)的膜材，均示出意料不到的气体渗透率的下降。低气体渗透率意味着这些是高气体阻隔材料。即使是非晶态PTF膜材(PTF-F-2.2)也示出超出PEF～28％的氧气阻隔改善，以及超出PBF～73％的氧气阻隔改善。结晶PTF膜材示出超出PEF～72％的氧气阻隔改善，以及超出PBF～90％的氧气阻隔改善。相似地，PTF的CO2阻隔比PBF低约98％，这取决于PTF膜材的结晶度。相似地，PTF的水蒸气阻隔比PBF低约70％，这取决于PTF膜材的结晶度。虽然未量化，但是PEF和PBF膜材均具有显著的结晶度，这由制成的膜材的不透明性表示。
实例3：基于bioPDO
TM
、FDME和对苯二甲酸二甲酯的共聚物(PTF-
共聚-PTT)的合成和阻隔性
实例3.1：2，5-呋喃二甲基酯(50mol％)、对苯二甲酸二甲酯
(50mol％)和bioPDO
TM
的共聚物(PTF-共聚-PTT-3.1)的制备
将2，5-呋喃二甲基酯(73.6g，0.4mol)、对苯二甲酸二甲酯(77.6g，0.4mol)和bioPDOTM(109.5g，1.44mol)装入配有顶置式搅拌器和蒸馏冷凝器的预干燥的500mL三颈反应釜中。向保持在23℃温度下的烧瓶施加氮气吹扫。以50rpm的转速开始搅拌以形成浆料。在搅拌时，将烧瓶抽真空至0.13MPa并用N2重新增压，总共进行3次循环。第一次抽真空和重新增压之后，加入异丙醇钛(IV)(95mg)。
在3次抽空和重新增压的循环后，将烧瓶浸入设为160℃的预热液体金属浴中。在将其置于液体金属浴之后，将烧瓶的内容物搅拌20分钟，使得固体成分熔融。接着，将搅拌速度增加至180rpm并将液体金属浴设定值增加至160℃。约20分钟之后，浴达到温度，此后将金属浴设定值增加至180℃。约20分钟之后，浴达到温度。然后使烧瓶保持在180℃，仍以180rpm转速搅拌另外45-60分钟，以蒸去大部分反应中形成的甲醇。在180℃的保持时间段之后，将金属浴设定值增加至210℃。约20分钟后，浴达到温度。然后使烧瓶保持在210℃，仍以180rpm转速搅拌另外45-60分钟，此后，中断氮气吹扫，并且以大约每10秒1330Pa的增量逐渐施加真空同时继续搅拌。约60分钟之后，真空在6500-8000Pa达到平衡。然后使搅拌速度保持在50-180rpm之间并且将金属浴设定值增加至230℃。约20分钟之后，浴达到温度，然后保持该条件～3小时。
定期将搅拌速率增加至180rpm，然后关闭搅拌器。重启搅拌器，并且在重启约5秒后测定施加的扭矩。当观察到75N/cm或更大的扭矩时，通过停止搅拌并从液体金属浴中移除烧瓶来中断反应。将置顶式搅拌器从反应容器的底部升起，除去反应釜，并通过在氮气流下滗析来回收制得的聚合物。使用Wiley磨机将回收的聚合物短切成粒料，将所述粒料用液氮冷却。将如此制得的聚合物粒料在真空和微弱的氮气流下于50℃下干燥48小时。收率为～145g。Tg为～53℃，未观察到熔点。1H-NMR(tce-d)δ：8.05(m，4H)，7.15(m，2H)，4.70-4.30(m，4H)，2.25(m，2H)。特性粘度0.58dL/g。
实例3.2：2，5-呋喃二甲基酯(75mol％)、对苯二甲酸二甲酯
(25mol％)和bioPDO
TM
(PTF-共聚-PTT-3.1)的共聚物的制备
使用实例1.1中所述的工序制备PTF共聚物，不同的是2，5-呋喃二甲基酯(75mol％)、对苯二甲酸二甲酯(25mol％)和bioPDOTM的相对量。收率为～90％，或～145g。Tg为～56℃，未观察到熔点。1H-NMR(tce-d)δ：8.05(m，4H)，7.15(m，2H)，4.70-4.30(m，4H)，2.25(m，2H)。特性粘度0.59dL/g。
实例4：PTF-共聚-PTT共聚物膜材(PTF-共聚-PTT-F)的制备以及阻
隔性的测量
使用加热的Pasadena压机(型号#：P-1250，Pasadena company)，将上述实例3.1和3.2中制得的PTF共聚物，购买的PTT、上文制得的PTF_4和比较例的PET压制成0.15-0.20微米厚的非晶态膜材。用于每种膜材的具体条件在下表5中给出。对于每个样品形成两个膜材。作为一般工序，由切割模具制成正方形聚合物膜材，所述切割模具由0.25微米厚的聚酰亚胺膜材制成。将聚合物样品和膜材置于两个玻璃纤维增强的片材之间并置于Pasadena压机中。每个样品在0压力下于275C下预热8分钟。使其经受5000psig的压力7分钟。在指定时间之后，从压机中除去板，并且膜材在冰浴中淬火。将成品膜材与片分离，并测量厚度。
测试经压制膜材的阻隔性并在下表6中给出总结。
比较例A.1：PET膜材的制备以及所得的阻隔性的测量
将与实例5中所述相似的工序用于制备PET膜材，不同的是代替使用PTF，使用各种级别的PET(PET AA72、PET F80、&PET PQ-325)。在此包括所有过程中的差异。
PET膜材的阻隔性在表5中给出。
表5：经压制膜材的气体渗透
如表5中可见，相比于对比物PET(PET AA72)，共聚物(PTF-共聚-PTT-F-4.1和PTF-共聚-PTT-F-4.2)以及纯PTF膜材(PTF-F-4.3)均提供了至少65％的氧气渗透率改善和至少28％的水蒸气渗透率改善。应该指出的是，相比于具有1.9mol％间苯二甲酸作为共聚单体的PET AA72，共聚物(PTF-共聚-PTT-F-4.1和PTF-共聚-PTT-F-4.2)不具有任何用于进一步改善阻隔性的添加剂。
实例5：PTF/PET共混物膜材(PTF/PET-F)的制备以及所得的阻隔性
的测量
A.聚合物粒料的干燥
将得自PET(NanYa AA72)和PTF_4的聚合物粒料单独加载到铝盘中并置于真空炉中。在真空和氮气流下，将样品加热至120℃并保持24小时以完全除去任何残余的水分。在配混之前，将干燥的粒料密封放置在塑料容器中。
B.聚合物共混物的制备
在熔融配混之前，将干燥的PET NanYa AA72和PTF_4粒料组合以形成基于所述共混物的总重量计，PTF粒料浓度为10重量％的批料。将如此组合的粒料通过手动振摇并翻转而在塑料袋中混合。
将如此混合的批料置于K-Tron T-20(K-Tron Process Group，Pittman，NJ)重量损失进料机中，给料于PRISM实验室用共旋转双螺杆挤出机(购自Thermo Fisher Scientific，Inc.)，所述挤出机配备有筒体，所述筒体具有四个加热区且直径为16毫米，配有双螺旋P1螺杆。所述挤出机配有3/16”直径圆形横截面单孔拉丝模头。标称聚合物进料速率为5.6lb/hr。第一筒体部分设为180℃，并且后续的三个筒体部分和模头设为240℃。螺杆转速设为100rpm。通过在熔体离开模头时将热电偶探头插入到熔体中来确定挤出物的熔融温度为256℃。将由此挤出的单丝股线在水浴中淬火。在将股线给料到切割器之前，气刀使股线脱水，所述切割器将所述股线切割成约2mm长度的共混物粒料。制得的共混物粒料具有0.8dL/g的特性粘度。
C.膜材制备
根据上述实例1中给出的相同工序将制得的共混物和对照样品PTF_4压制成膜材。每一种制得的膜材的细节在下表7中给出，对于每个样品形成两个独立的膜材。所述膜材按实例4中给出的工序制备。
测试经压制膜材的阻隔性并在下表6中给出总结。
比较例A.2、B&C：PET膜材的制备以及所得的阻隔性的测量
将与实例5中所述相似的工序用于制备PET膜材，不同的是替代使用PTF，使用各种级别的PET(PET AA72(包含1.9mol％间苯二甲酸)、PET F80(包含1.6mol％环己基二甲醇)&PET PQ-325(均聚物)。PET瓶的阻隔性在表6中给出。
表6：经压制膜材的气体渗透。
如表6中可见，相比于所有对比物共聚物PET(PET AA72&PETF80)或均聚物PET(PET PQ-325)，10重量％PTF的PET共混物提供阻隔性的改善。与比较例A.2相比，对于氧气而言观察到的改善为至少18％，对于二氧化碳而言为至少20％，并且对于水蒸气而言为至少5％。
实例6：由纯PTF制备预成型件以及取向的12盎司拉伸吹塑单层瓶
(PTF-B-SL-6)以及所得的气体渗透
A.聚合物粒料的干燥
根据上述实例3，将得自PET(C9921)和PTF_4的聚合物粒料干燥。
B.注塑瓶预成型件的制备
为了制备瓶，首先使用常规方法注塑22g预成型件。具体地讲，使用Arburg 420M单螺杆注塑机。对于PTF_4而言，将进料/区2/区3/区4/喷嘴的圆筒温度设定值设定为230/230/230/230/230℃。模具温度设为12℃并且两种聚合物的循环时间均为26.5秒。关于注塑和保持的压力条件，相比于PET对照物，以相同的条件对PTF_4进行加工。制得的瓶预成型件看起来在透明度和形状方面具有良好的质量并且不具有任何瑕疵、规格、或材料在螺纹周围或沿预成型件堆积的迹象。
C.注坯拉伸吹塑瓶的制备
为制备瓶，使用常规方法将上文部分B中制得的预成型件注坯拉伸吹塑。具体地讲，使用SIDEL SBO 2/3吹塑机制备12盎司瓶。生产速度为1000瓶/小时，并且吹塑循环时间为～2.5秒/瓶。PTF_4预成型件预吹塑温度为～70℃。相比于PET，PTF_4的吹塑条件非常类似。制得的瓶看起来具有良好的光学质量并具有足够的机械强度。瓶侧壁拉伸特性的概述在下表7中给出。
比较例D：由纯PET制备预成型件和12盎司拉伸吹塑单层瓶以及所得
的阻隔性
将与实例6中所述相似的工序用于制备12盎司PET瓶，不同的是替代使用PTF，使用PET(C9921)并且温度设置也不同。为制备预成型件，将进料/区2/区3/区4/喷嘴的圆筒温度设定值设定为268/268/268/268/274℃。为制备吹塑瓶，PET预成型件的预吹塑温度为～99℃。将典型的PET压力和保持条件用于注塑和吹塑步骤。
PET瓶的拉伸强度在表7中给出。
表7：单层瓶侧壁的拉伸特性。
由PTF制得的瓶的机械性能可比于PET比较例D。
瓶气体渗透率的概述在下表8中给出。
表8：单层12盎司瓶的气体渗透。
如表8中可见，相比于PET比较例(PETC9921)，单层PTF瓶(PTF-B-SL-6)提供了96％的氧气阻隔性改善，97％的二氧化碳阻隔性改善，和43％的水蒸气阻隔性改善。请注意，PTF瓶和比较例瓶之间的拉伸比相同。
实例7：由PTF和PET制备预成型件和取向的10盎司拉伸吹塑多层瓶
(PTF-B-ML-7)，以及所得的阻隔性
A.聚合物粒料的干燥
根据上述实例3，将得自PET(4000)和PTF_4的聚合物粒料干燥。
B.多层注塑瓶预成型件的制备
为制备多层10盎司瓶，以上述实例3中所述的相似注塑方法制备17g多层预成型件。阻隔聚合物树脂以各种包装选项中的不连续层形式应用是熟知的。通常阻隔层被结构聚合物包围，所述结构聚合物提供本体和机械强度。为了提供多层预成型件，使用Kortec多层歧管，其通过环形进料口将从两个单独的单螺杆挤出机加工的两个单独的聚合物熔体流分配到预型件模具中。在此，PTF_4以相对于总预成型件重量，5重量％和10重量％用作中间层，并且PET被分布成提供外层和内层。对于PET而言，将进料/区2/区3/区4的圆筒温度设定值设定为270/270/270/270℃并且对于PTF_4而言将其设定为210/230/230/230℃。对于所有制得的预成型件而言，模具温度设定为12℃并且循环时间为～31秒。关于注塑和保持的压力条件，用与PET比较例相比相同的条件对包含PTF_4的多层预成型件进行加工。制得的多层预成型件看起来在透明度和形状方面具有良好的质量并且不具有任何瑕疵、规格、或材料在螺纹周围或沿预成型件堆积的迹象。此外，当分析预成型件横截面时，清楚地观察到PTF_4中间层。
C.注坯拉伸吹塑多层瓶的制备
为了制备多层瓶，使用常规方法将上文部分B中制得的预成型件注坯拉伸吹塑。机器和条件与上述实例3中的相似。值得注意的是与PET比较例相同，对包含5重量％和10重量％PTF_4的预成型件进行加工。制得的瓶看起来具有良好的光学质量并具有足够的机械强度。
瓶机械性能的概述(拉伸、跌落冲击、粘附性、顶部负荷)在下表9中给出。
多层瓶阻隔性的概述在下表10中给出。
比较例E：由纯PET制备预成型件和10盎司拉伸吹塑单层瓶以及所得
的阻隔性
使用与实例6中所述相似的工序制备10盎司PET瓶，不同的是替代使用PTF，将PET(C9921)喂入两个挤出机中。将进料/区2/区3/区4的圆筒温度设定值设定为270/270/270/270℃。将典型的PET压力和保持条件用于注塑和吹塑步骤。
PET瓶的拉伸强度在表9中给出并且阻隔性在表9中给出。
表9：多层瓶的机械性能概述。
由PTF制得的多层瓶的机械性能可比于PET比较例E。
表10：多层10盎司瓶气体渗透概述。
如表10中可见，相比于PET比较例(PETC9921)，多层PTF瓶(5重量％)提供了2.4％的氧气改善，11％的二氧化碳改善，和7％的水蒸气改善。虽然对于气体阻隔性的改善而言，多层加工不是最优化的，但是即时在低含量的PTF即5重量％下，也获得改善。
相比于PET比较例(PETC9921)，多层PTF瓶(10重量％)提供了17％的氧气改善，42％的二氧化碳改善，和3％的水蒸气改善。这些结果表明随着制品诸如多层瓶中的PTF含量增加，阻隔性示出进一步的改善。请注意，PTF瓶和比较例PET瓶之间的拉伸比相同。
实例8：PTF 5的浇铸和双轴向取向膜材(PTF-F-BiO-8)的制备以及
所测量的阻隔
A.聚合物粒料的干燥
根据上述实例3，将PTF_5聚合物粒料干燥。
B.浇注挤出膜材的制备
为了制备浇注挤出膜材，使用配有60/200目过滤筛和25厘米宽膜材浇注模具的28mm W&P(Werner&Phleiderer)双螺杆挤出机。与上述实例3相似，喂入PTF_5粒料并且将挤出机圆筒部分(共计5个)和模具全部设定为235℃，将挤出机进料温度设定在180℃。进料速率为15磅/小时，并且挤出机螺杆转速为125rpm。在257℃下测量面板熔体温度。膜材在被浇注在温度设定点为40℃的冷却鼓上之后收集，所测量的膜材厚度为～0.55微米并且宽度为约22厘米。浇注加工之后，将制得的膜材切割成纸材大小的膜材(～20厘米x30厘米)。
C.取向膜材的制备
为制备双轴向取向的膜材，使用加热的Maxi Grip 750S装置。首先切割140毫米x140毫米的膜材并加载到装置上。随后将膜材加热，并且当膜材温度接近85-86℃时可具有最佳取向，这通常要求～60秒的预热时间。拉伸速度为23x34％/秒，这产生2.7x3.5的拉伸比，获得的膜材厚度为～60-130微米。
测试取向膜材的阻隔性并在下表13中给出总结。
表11：取向的PTF 5膜材的气体渗透概述。
如表11中可见，相比于取向PET的文献报道值(Y.S.Hu等人/Polymer 46(2005)2685-2698；Polymer 42(2001)2413-2426)，所述值为对于氧气而言62-77cc-密耳/m2-天-气压，对于二氧化碳而言300-700cc-密耳/m2-天-气压，并且对于水蒸气而言23-38g-密耳/m2-天-气压，双轴向取向的PTF膜材示出氧气、二氧化碳和水蒸气渗透值降低。
实例9：用PTF粉末涂敷金属基底
使用Spex磨机使PTF聚合物粒料通过四次冷冻研磨来制备粉末。使用Malvern Mastersizer 2000粒度分析仪在水中(在使用和不使用超声处理的情况下)进行经研磨材料的粒度分布分析，以获得以下测量值：d(0.5)～54微米，d(0.9)～145微米且d(0.1)为16微米。使用静电喷涂器将经研磨的粉末施用于经脱脂的铝板和碳钢板，然后在通风对流烘箱中在380℃下固化20分钟。对这些板的检查示出制得的涂层是透明的并且涂层平均厚度为3微米。这些涂覆的板在磨损测试仪中示出优异的耐磨性，以提供使用ASTM D3451经过1000次循环后0.0017g的重量损失。
Claims (21)
1.一种制品，所述制品包括：
基底，所述基底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与外部环境接触，
其中所述基底包含聚合物，所述聚合物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，和
其中相比于由初期聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)构成的基底，所述聚合物提供基底的气体阻隔性的改善，
其中对于氧气的改善在2-99％的范围内，对于二氧化碳的改善在11-99％的范围内，并且对于水分的改善在3-99％的范围内。
2.根据权利要求1所述的制品，其中聚合物提供在50-98％范围内的基底的氧气阻隔性的改善。
3.根据权利要求1所述的制品，其中聚合物提供在50-98％范围内的基底的二氧化碳阻隔性的改善。
4.根据权利要求1所述的制品，其中聚合物提供在25-75％范围内的基底的水分阻隔性的改善。
5.根据权利要求1所述的制品，其中所述聚合物具有如通过在10℃/min的加热速率下的差示扫描量热法所测量的小于100J/g的结晶度。
6.根据权利要求1所述的制品，其中所述聚合物为聚合物共混物，所述聚合物共混物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)和聚(呋喃二甲酸亚烷基酯)，并且
其中所述聚合物包含基于所述聚合物共混物的总重量计0.1-99.9重量％的PTF。
7.根据权利要求1所述的制品，其中所述聚合物为聚合物共混物，所述聚合物共混物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)和聚(对苯二甲酸亚烷基酯)，并且
其中所述聚合物包含基于所述聚合物共混物的总重量计0.1-99.9重量％的PTF。
8.根据权利要求1所述的制品，其中所述聚合物为共聚物，所述共聚物衍生自2，5-呋喃二甲酸至少一种二醇或多元醇单体，以及至少一种多官能酸或羟基酸，以1∶100至100的摩尔比存在，并且其中二醇与二元酸的摩尔比为至少1.2∶1。
9.根据权利要求1所述的制品，其中所述基底包含设置在第一层和第二层之间并与第一层和第二层接触的聚合物，其中所述第一层与所述基底的第一表面接触，并且所述第二层与所述基底的第二表面接触，
其中所述聚合物包含聚(呋喃二甲酸三亚甲酯)(PTF)，并且
其中聚合物的量基于所述第一层、聚合物和所述第二层的总重量计，在0.1-99.9重量％的范围内。
10.根据权利要求8所述的制品，其中所述第一层或所述第二层中的至少一个包含聚(对苯二甲酸亚乙酯)。
11.根据权利要求8所述的制品，其中所述第一层或所述第二层中的至少一个包含PTF、PET、HDPE、LDPE、PE、PP或EvOH中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的制品，其中所述基底为壳体的形式，其配有引入材料的端口，使得所述材料与所述基底的第一表面接触。
13.根据权利要求12所述的制品，其还包括闭合所述端口的装置，使得在闭合所述端口时，所述材料与外部环境隔离。
14.根据权利要求12所述的制品，其中所述制品包括容器、容器和封盖、或容器和闭合件中的一种或多种。
15.根据权利要求12所述的制品，其中所述制品包括饮料容器。
16.根据权利要求1所述的制品，其中所述基底为膜材或片材的形式。
17.根据权利要求1所述的制品，其中将所述聚合物以涂层形式设置在所述基底的第一表面或第二表面中的至少一个上。
18.根据权利要求17所述的制品，其中所述聚合物涂层向所述基底提供耐磨性。
19.根据权利要求17所述的制品，其中所述基底的第一表面或第二表面中的至少一个包含金属或塑料。
20.一种聚合物组合物，其包含聚合物，所述聚合物具有下式的重复单元：
其中n小于185。
21.根据权利要求20所述的聚合物组合物，其中n在80-185的范围内。
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