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Die
Erfindung betrifft Polyether mit Hydroxylseitengruppen. Insbesondere
betrifft die Erfindung hydroxyfunktionalisierte Polyetheramine oder
Polyhydroxyaminoether (PHAE).
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Hydroxyfunktionalisierte
Polyetheramine sind bekannt und werden zum Beispiel in den US-Patenten 5,275,853
und 5,464,924 beschrieben. Diese Polyetheramine zeigen Sauerstoffübertragungsraten
von 0,57 bis 19 (cm3 × mil)/(100 in2 × atm (O2) × Tag),
und sind nützlich
bei der Fertigung von Isolierbehältern
und Schutzfolien und als Preß-,
Extrudier- und Gießharze.
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Bei
hydroxyfunktionalisierten Polyetheraminen kann es manchmal zur Vernetzung
kommen, wenn sie bei höheren
Temperaturen gefertigt werden. Modifizierte, schmelzbeständige Polyetheramine
wären zusammen
mit einem Verfahren zu ihrer Herstellung eindeutig wünschenswert.
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Bei
der vorliegenden Erfindung handelt es sich in einer ersten Ausgestaltung
um eine Zusammensetzung mit einer Mischung aus einer anorganischen
Base, einer organischen Base, einem monofunktionellen organischen
Nucleophil oder einem polyfunktionellen organischen Nucleophil und
einem thermoplastischen hydroxyfunktionalisierten Polyetheramin
mit der Formel:
wobei
jedes A unabhängig
voneinander eine Amingruppe ist und jedes B unabhängig voneinander
eine zweiwertige aromatische Gruppe ist; R
1 Wasserstoff
oder eine Hydrocarbylgruppe ist; jedes X unabhängig voneinander eine einwertige
Gruppe ist; und n eine ganze Zahl von 5 bis 1000 ist.
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In
einer zweiten Ausgestaltung handelt es sich bei der vorliegenden
Erfindung um ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung, bei dem
eine anorganische Base, eine organische Base, ein monofunktionelles organisches
Nucleophil oder ein polyfunktionelles organisches Nucleophil mit
einem Polyetheramin in Kontakt gebracht wird.
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In
einer dritten Ausgestaltung handelt es sich bei der vorliegenden
Erfindung um eine Laminatstruktur, die ein oder mehr Schichten eines
organischen Polymers und ein oder mehr Schichten der Zusammensetzung der
ersten Ausgestaltung umfaßt.
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In
einer vierten Ausgestaltung handelt es sich bei der vorliegenden
Erfindung um einen aus der Zusammensetzung der ersten Ausgestaltung
oder der daraus bestehenden Laminatstruktur gefertigten Gegenstand,
der in Form eines geformten oder coextrudierten Behälters oder
als undurchlässige
ein- oder mehrlagige Folie vorliegen kann. Der Gegenstand eignet
sich zum Verpacken sauerstoffempfindlicher Materialien wie zum Beispiel
Lebensmittel und Medikamente.
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In
einer fünften
Ausgestaltung handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um
einen aus der Zusammensetzung der ersten Ausgestaltung hergestellten
Lack auf Lösungsmittel-
oder Wasserbasis.
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Diese
hydroxyfunktionalisierten Polyetheraminmischungen sind schmelzbeständige Thermoplaste und
zeigen Sauerstoffübertragungsraten
unter 5,0 (cm3 × mil)/(100 in2 × atm × Tag).
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Neben
ihrer Verwendung als Isolierbehälter,
Folien, Laminatstrukturen und Lacke sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
auch nützlich
als Preß-,
Extrudier- und Gießharze.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist jedes A in der obigen Formel unabhängig voneinander
eine Amingruppe, die repräsentiert
wird durch eine der folgenden Formeln:
wobei
jedes R
2 unabhängig voneinander eine Hydrocarbylgruppe,
Heterohydrocarbylgruppe, inert substituierte Hydrocarbylgruppe oder
inert substituierte Heterohydrocarbylgruppe ist, wobei der Substituent
(die Substituenten) Hydroxyl, Cyano, Halogen, Aryloxy, Alkylamido,
Arylamido, Alkylcarbonyl oder Arylcarbonyl ist (sind); R
3 und R
4 unabhängig voneinander
eine Hydrocarbylengruppe, Heterohydrocarbylengruppe, inert substituierte Hydrocarbylengruppe
oder inert substituierte Heterohydrocarbylengruppe sind, wobei der
Substituent (die Substituenten) Hydroxyl, Cyano, Halogen, Aryloxy,
Alkylamido, Arylamido, Alkylcarbonyl oder Arylcarbonyl ist (sind),
wobei Ethylen und p-Xylylen am meisten bevorzugt werden; jedes X
unabhängig
voneinander Wasserstoff, eine primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppe,
eine Glycidyloxygruppe, eine Hydroxylgruppe, eine Alkyl-, Heteroalkyl-,
inert substituierte Alkyl- oder inert substituierte Heteroalkylgruppe,
eine Aryl- oder inert substituierte Arylgruppe, eine Alkoxy- oder
inert substituierte Alkoxygruppe; eine Aryloxy- oder inert substituierte
Aryloxygruppe, eine Alkanthio- oder inert substituierte Alkanthiogruppe;
eine Arenthio- oder inert substituierte Arenthiogruppe ist, wobei
der Substituent (die Substituenten) Hydroxyl, Cyano, Halogen, Aryloxy,
Alkylamido, Arylamido, Alkylcarbonyl oder Arylcarbonyl ist (sind);
oder repräsentiert
wird durch eine der folgenden Formeln:
wobei
R
5 unabhängig
voneinander eine Alkyl- oder Heteroalkylgruppe, eine inert substituierte
Alkyl- oder Heteroalkylgruppe, eine Aryl- oder inert substituierte
Arylgruppe ist, wobei der Substituent (die Substituenten) Cyano,
Halogen, Alkyl, Aryl, Alkoxy, Aryloxy, Alkylamido, Arylamido, Alkylcarbonyl
oder Arylcarbonyl ist (sind); R
6 unabhängig voneinander
Wasserstoff, eine Alkyl- oder Heteroalkylgruppe, eine inert substituierte
Alkyl- oder Heteroalkylgruppe, eine Aryl- oder inert substituierte
Arylgruppe ist, wobei der Substituent (die Substituenten) derselbe
ist (dieselben sind) wie bei R
5; und R
7 eine Alkylen- oder Heteroalkylengruppe,
eine inert substituierte Alkylen- oder Heteroalkylengruppe, eine
Arylen- oder inert substituierte Arylengruppe ist, wobei der Substituent
(die Substituenten) derselbe ist (dieselben sind) wie bei R
3 und R
4.
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Bei
den mehr bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist X 2-Hydroxyethylamino, Dimethylamino, Diethylamino,
Piperidino, N-(2-Hydroxyethyl)piperazino,
Methoxy, Ethoxy, Propoxy, 2-(Methoxy)ethoxy, 2-(Ethoxy)ethoxy, Benzyloxy, Phenyloxy,
p-Methylphenyloxy, p-Methoxyphenoxy, 4-tert-Butylphenyloxy, Methylmercapto,
Ethylmercapto, Propylmercapto, 2-(Methoxy)ethylmercapto,
2-(Ethoxy)ethylmercapto, Benzylmercapto, 2,3-Dihydroxypropylmercapto, Phenylmercapto,
p-Methylphenylmercapto, Acetat, Benzoat, Acetamido oder Benzolsulfonamido;
R1 ist Wasserstoff oder Methyl; R2 ist Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, 2-Hydroxyethyl,
3-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl,
2,3-Dihydroxypropyl, 2-(Acetamido)ethyl, Benzyl, Phenyl, p-Methoxyphenyl, p-Methylphenyl;
R3 ist Ethylen, 1,2-Propylen oder 1,2-Butylen;
und R4 ist Ethylen, 1,2-Propylen oder 1,2-Butylen,
Propylen, Butylen, Hexamethylen, 1,4-Xylylen, 1,3-Xylylen, 1,4-Phenylen,
1,3-Phenylen oder 1,2-Phenylen;
und B ist 1,4-Phenylen, 1,3-Phenylen, 1,2-Phenylen, Methylendiphenylen,
Isopropylidendiphenylen, Oxydiphenylen, Thiodiphenylen, Carbonyldiphenylen,
Diphenylfluoren oder α-Methylstilben oder
eine Kombination davon.
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Die
bei der vorliegenden Erfindung verwendeten hydroxyfunktionalisierten
Polyetheramine können hergestellt
werden durch Umsetzen eines difunktionellen Amins mit einem Diglycidylether
unter Bedingungen, die ausreichen, um die Amingruppen zur Bildung
einer Polymerhauptkette mit Aminverknüpfungen, Etherverknüpfungen
und Hydroxylseitengruppen zu veranlassen. Restliche Epoxy-Endgruppen, sofern
noch vorhanden, können
fakultativ mit einem monofunktionellen Nucleophil umgesetzt werden,
so daß das
isolierte Polyetheramin keine Gruppen mehr hat, die mit nucleophilen
Arten reagieren können.
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Im
vorliegenden Zusammenhang steht der Begriff "Diglycidylether" für
das Reaktionsprodukt eines aromatischen, aliphatischen oder Poly(alkylenoxid)-Diols
mit Epichlorhydrin.
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Die
difunktionellen Amine, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können, umfassen
die bis-sekundären
Amine und die primären
Amine. Geeignete bis-sekundäre
Amine umfassen Piperazin und substituierte Piperazine, zum Beispiel
Dimethylpiperazin und 2-Methylamidopiperazin; Bis(N-methylamino)benzol,
1,2-Bis(N-methylamino)ethan und N,N'-bis(2-hydroxyethyl)ethylendiamin. Bevorzugte bis-sekundäre Amine
sind Piperazin, Dimethylpiperazin und 1,2-Bis(N-methylamino)ethan.
Das am meisten bevorzugte bis-sekundäre Amin ist Piperazin. Geeignete
primäre
Amine umfassen Anilin und substituierte Aniline, zum Beispiel 4-(Methylamido)anilin,
4-Methylanilin, 4-Methoxyanilin,
4-tert-Butylanilin, 3,4-Dimethoxyanilin, 3,4-Dimethylanilin; Alkylamine
und substituierte Alkylamine, zum Beispiel Butylamin und Benzylamin;
und Alkanolamine, zum Beispiel 2-Aminoethanol und 1-Aminopropan-2-ol.
Bevorzugte primäre
Amine sind Anilin, 4-Methoxyanilin, 4-tert-Butylanilin, Butylamin
und 2-Aminoethanol. Die am meisten bevorzugten primären Amine
sind 4-Methoxyanilin und 2-Aminoethanol.
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Die
Diglycidylether, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung zur
Herstellung der Polyetheramine verwendet werden können, umfassen
die Diglycidylether der amidhaltigen Bisphenole wie zum Beispiel N,N'-Bis(hydroxyphenyl)alkylendicarboxamide,
N,N'-Bis(hydroxyphenyl)arylendicarboxamide,
Bis(hydroxybenzamido)alkane oder Bis(hydroxybenzamido)arene, N-(Hydroxyphenyl)hydroxybenzamide,
2,2-Bis(hydroxyphenyl)acetamide,
N,N'-Bis(3-hydroxyphenyl)glutaramid,
N,N'-Bis(3-hydroxyphenyl)adipamid,
1,2-Bis(4-hydroxybenzamido)ethan, 1,3-Bis(4-hydroxybenzamid)benzol, N-(4-hydroxyphenyl)-4-hydroxybenzamid
und 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)acetamid,
9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluoren, Hydrochinon, Resorcinol, 4,4'-Sulfonyldiphenol,
4,4'-Thiodiphenol,
4,4'-Oxydiphenol,
4,4'-Dihydroxybenzophenon,
Tetrabromisopropylidenbisphenol, Dihydroxydinitrofluorenylidendiphenylen,
4,4-Bis(4-hydroxyphenyl)methan, α,α-Bis(4-hydroxyphenyl)-ethylbenzol,
2,6-Dihydroxynaphthalin und 4,4'-Isopropylidenbisphenol
(Bisphenol A). Mehr bevorzugte Diglycidylether sind die Diglycidylether
von 9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluoren, Hydrochinon, Resorcinol, 4,4'-Sulfonyldiphenol,
4,4'-Thiodiphenol,
4,4'-Oxydiphenol,
4,4'-Dihydroxybenzophenon,
Tetrabromisopropylidenbisphenol, Dihydroxydinitrofluorenylidendiphenylen,
4,4'-Bisphenol,
4,4'-Dihydroxybiphenylenoxid,
Bis(4-hydroxyphenyl)methan, α,α-Bis(4-hydroxyphenyl)ethylbenzol,
2,6-Dihydroxynaphthalin und 4,4'-Isopropylidenbisphenol (Bisphenol
A). Die am meisten bevorzugten Diglycidylether sind die Diglycidylether
von 4,4'-Isopropylidenbisphenol
(Bisphenol A), 4,4'-Sulfonyldiphenol,
4,4'-Oxydiphenol,
4,4'-Dihydroxybenzophenon
und 9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluoren.
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Die
anorganischen Basen, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können, umfassen
Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Calciumoxid,
Magnesiumoxid und Mischungen davon.
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Die
organischen Basen, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können,
umfassen Triethylendiamin und 1,5-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-en.
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Die
monofunktionellen organischen Nucleophile, die in der Praxis der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen ein monofunktionelles
Amin, ein Hydroxyaren, ein Aryloxidsalz, eine Carbonsäure, ein
Carbonsäuresalz,
ein Thiol oder ein Thiolatsalz. Vorzugsweise ist das monofunktionelle
Amin Dimethylamin, Diethylamin, Bis(2-hydroxyethyl)amin, Diphenylamin,
Piperidin, N-(2-hydroxyethyl)piperazin,
2-Methylimidazol; das Hydroxyaren ist Phenol, Cresol, Methoxyphenol
oder 4-tert-Butylphenol; das Aryloxidsalz ist Natrium- oder Kaliumphenat;
die Carbonsäure
ist Essigsäure
oder Benzoesäure;
das Carbonsäuresalz
ist Natriumacetat, Kaliumacetat, Calciumacetat, Kupfer(II)acetat,
Natriumpropionat, Kaliumpropionat, Calciumpropionat, Natriumbenzoat,
Kaliumbenzoat, Natriumethylhexanoat, Kaliumethylhexanoat oder Calciumethylhexanoat;
das Thiol ist 3-Mercapto-1,2-propandiol oder Thiophenol; und das
Thiolatsalz ist Natrium- oder Kaliumbenzolthiolat.
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Die
polyfunktionellen organischen Nucleophile, die in der Praxis der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen ein polyfunktionelles
Amin, eine polyfunktionelle Carbonsäure, ein polyfunktionelles Carbonsäuresalz,
ein polyfunktionelles Phenol, ein polyfunktionelles Phenatsalz,
ein polyfunktionelles Thiol, ein polyfunktionelles Thiolatsalz,
eine Aminosäure
oder ein Aminosäuresalz.
Die bevorzugten polyfunktionellen organischen Nucleophile sind Ethylendiamin,
Propylendiamin, Butylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin,
Tetraethylenpentamin, Polyethylenamin, Citronensäure, Natrium- oder Kaliumcitrat,
Glycin oder Natrium- oder Kaliumglycinat.
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Das
organische Nucleophil kann das Produkt der Reaktion eines Polyethylenpolyamins
mit Ethylenoxid oder Propylenoxid oder eine Mischung solcher Produkte
sein.
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Im
allgemeinen wird die anorganische Base, die organische Basie, das
monofunktionelle organische Nucleophil oder das polyfunktionelle
organische Nucleophil mit den thermoplastischen hydroxyfunktionalisierten
Polyetheraminen nach herkömmlichen
Trockenmischverfahren unter Verwendung herkömmlicher Mittel wie zum Beispiel
einem Trommelmischer, oder einem Taumelmischer oder durch Schmelzmischen
in einer geeigneten Vorrichtung wie zum Beispiel einem Innenmischer
vom Banbury-Typ, einem Gummimischer, einem Ein- oder Doppelschneckenextruder
oder einem Compoundierer gemischt.
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Die
anorganische Base, die organische Base, das monofunktionelle organische
Nucleophil oder das polyfunktionelle organische Nucleophil können auch
zusammen mit den thermoplastischen hydroxyfunktionalisierten Polyetheraminen
in einem geeigneten Lösungsmittel
gelöst
werden, und das Lösungsmittel
kann dann abgedampft werden. Beispiele für geeignete Lösungsmittel
umfassen 1-Methyl-2-pyrrolidinon
(NMP) und Ether oder Hydroxyether wie zum Beispiel Diglyme, Triglyme,
Diethylenglycolethylether, Diethylenglycolmethylether, Dipropylenglycolmethylether,
Propylenglycolphenylether, Propylenglycolmethylether und Tripropylenglycolmethylether.
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Ein
weiteres geeignetes Verfahren zur Herstellung der Mischungen der
vorliegenden Erfindung umfasst das Umsetzen eines difunktionellen
Amins, eines Diglycidylethers und fakultativ eines monofunktionellen Amins
und dann das Mischen des Reaktionsprodukts in situ mit einer anorganischen
Base, einer organischen Base oder einem mono- oder polyfunktionellen
organischen Nucleophil in einem Lösungsmittel, in einem geschmolzenen
Zustand oder in einem Extruder.
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Die
in höchst
vorteilhafter Weise mit dem hydroxyfunktionalisierten Polyether
vermischte Menge an anorganischer Base, organischer Base, monofunktionellem
organischem Nucleophil oder polyfunktionellem organischem Nucleophil
hängt von
einer Vielzahl von Faktoren ab, einschließlich der bei der Herstellung
der Mischungen verwendeten speziellen Polymere sowie der gewünschten
Eigenschaften der aus den Mischungen resultierenden Produkte. Typische
Mengen können
im Bereich von 0,1 bis 15 Gew-% der Mischung liegen. Vorzugsweise
wird die anorganische Base, die organische Base, das monofunktionelle
organische Nucleophil oder das polyfunktionelle organische Nucleophil
in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,5 bis
3,0 Gew.-% und am meisten bevorzugt von 0,1 bis 2,0 Gew.-% der Mischung
verwendet.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann in Form eines Lacks
auf Lösungsmittelbasis, eines
Lacks auf Wasserbasis, eines Laminats, eines Schaumstoffs, einer
Folie, eines Behälters
oder eines geformten Gegenstands vorliegen.
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Aus
der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hergestellte Folien
haben im allgemeinen Sauerstoffübertragungsraten
(OTR) von 0,05 bis 1,0 (cm3 × mil)/(100
in2 × atm × Tag) bei
25°C und
60% relativer Feuchte (ASTM D-3985) und Kohlendioxidübertragungsraten
(CO2TR) von 0,5 bis 4,0 (cm3 × mil)/(100
in2 × atm × Tag) bei
23°C und
0% relativer Feuchte.
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Filme
und Laminatstrukturen können
aus der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung mit Hilfe herkömmlicher
Extrusionsverfahren gebildet werden, zum Beispiel durch Extrudieren
mit Verteilerblock, Coextrudieren mit einer Coextrusionsdüse mit getrennten
Zuführkanälen oder
Kombinationen der beiden Verfahren, oder durch Lösungsmittelsprühen oder
Lösungsgießen. Das
Lösungsgießen ist
ein wohlbekanntes Verfahren und wird zum Beispiel in dem "Plastics Engineering
Handbook" der Society
of the Plastics Industry, Inc., 4. Auflage, Seite 448, beschrieben.
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Behälter und
andere Formteile können
aus den aus der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung bestehenden
Folien oder Laminatstrukturen mit Hilfe herkömmlicher Fertigungsverfahren
für thermoplastische
Polymere gefertigt werden, zum Beispiel durch Formpressen, Spritzgießen, Extrudieren,
Warmformen, Blasformen und Lösungsmittelgießen.
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Im
allgemeinen können
Laminatstrukturen aus der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung durch
Coextrudieren einer oder mehrerer Schichten eines organischen Polymers
und einer oder mehrerer Schichten der Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung gebildet werden, wobei die Schicht aus der Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung an eine angrenzende Schicht aus einem
organischen Polymer mit oder ohne Klebstoffschicht dazwischen geklebt
wird. Laminatstrukturen können
auch gebildet werden durch Coinjektion der Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung mit einem organischen Polymer; in einigen Fällen können durch
eine solche Coinjektion hergestellte Vorformlinge zu mehrlagigen
Behältern
blasgeformt werden.
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Die
Laminatstruktur kann ein dreilagiges Laminat sein mit einer ersten äußeren Schicht
aus einem organischen Polymer, einer Kernschicht aus der Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung und einer zweiten äußeren Schicht aus einem organischen
Polymer, welches dasselbe ist wie das organische Polymer der ersten äußeren Schicht
oder davon verschieden ist.
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Die
Laminatstruktur kann auch ein dreilagiges Laminat sein mit einer
ersten äußeren Schicht
aus der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, einer Kernschicht
aus einem organischen Polymer und einer zweiten äußeren Schicht aus einem organischen
Polymer, welches dasselbe ist wie das organische Polymer der Kernschicht
oder davon verschieden ist.
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Die
Laminatstruktur kann auch ein dreilagiges Laminat sein mit einer
ersten äußeren Schicht
aus der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, einer Kernschicht
aus einem organischen Polymer und einer zweiten äußeren Schicht aus der Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Laminatstruktur kann natürlich
mehr als drei Schichten umfassen, einschließlich zum Beispiel fünflagiger
Strukturen mit äußeren Schichten
und einer Innenschicht aus einem organischen Polymer, die durch zwei
Schichten aus der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung getrennt
sind.
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Organische
Polymere, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung zur Herstellung
der Laminatstruktur verwendet werden können, umfassen kristalline
thermoplastische Polyester wie zum Beispiel Polyethylenterephthalat
(PET); Polyamide, Polyolefine und Polyolefine auf der Basis monovinylaromatischer
Monomere.
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Polyester
und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der Technik wohlbekannt,
und für
die Zwecke dieser Erfindung wird darauf verwiesen. Zur Veranschaulichung
und nicht zur Einschränkung
sei insbesondere verwiesen auf die Seiten 1–62 von Band 12 der "Encyclopedia of Polymer
Science and Engineering", überarbeitete
Fassung von 1988, John Wiley & Sons.
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Polyester,
die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen
Poly(ethylenterephthalat) und Poly(ethylennaphthalin)dicarboxylat.
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Polyamide,
die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen
verschiedene Sorten von Nylon, wie zum Beispiel Nylon-6, Nylon-6,6
und Nylon-12.
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Polyolefine,
die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen
zum Beispiel Polyethylen niedriger Dichte, lineares Polyethylen
niedriger Dichte, Polyethylen sehr niedriger Dichte, Polypropylen,
Polybuten, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, Ethylen/Propylen-Copolymere
und Ethylen/Buten-1-Copolymere.
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Polyolefine
auf der Basis monovinylaromatischer Monomere, die in der Praxis
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Polystyrol,
Polymethylstyrol, Styrol/Methylstyrol- oder Styrol/Chlorstyrol-Copolymere.
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Andere
organische Polymere vom Polyester- oder Polyamidtyp können in
der Praxis der vorliegenden Erfindung ebenfalls zur Herstellung
der Laminatstruktur verwendet werden. Solche Polymere umfassen Polyhexamethylenadipamid,
Polycaprolacton, Polyhexamethylensebacamid, Polyethylen-2,6-naphthalat
und Polyethylen-1,5-naphthalat, Polytetramethylen-1,2-dioxybenzoat
und Copolymere von Ethylenterephthalat und Ethylenisophthalat.
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Die
Dicke jeder Schicht in der Laminatstruktur hängt von einer Anzahl von Faktoren
ab, einschließlich des
Verwendungszwecks, der in dem Behälter aufbewahrten Materialien,
der Lagerdauer vor Gebrauch und der in jeder Schicht des Laminats
verwendeten speziellen Zusammensetzung.
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Im
allgemeinen wird die Laminatstruktur eine Gesamtdicke von 0,5 bis
500 mil, vorzugsweise von 1,0 bis 250 mil haben; die Dicke der hydroxyfunktionalisierten
Polyetheraminschicht(en) beträgt
dabei von 0,05 bis 100 mil, vorzugsweise von 0,1 bis 50 mil; und
die Dicke der Polyesterschichten) beträgt von 0,45 bis 400 mil, vorzugsweise
von 0,9 bis 200 mil.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auch durch ein reaktives
Extrusionsverfahren, bei dem die Reaktionspartner unter den in dem
US-Patent Nr. 4,612,156 beschriebenen Bedingungen in einen Extruder
eingeleitet und darin umgesetzt werden, hergestellt und zu einem
geformten Gegenstand gefertigt werden.
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Die
folgenden Arbeitsbeispiele dienen der Veranschaulichung der Erfindung
und sollten nicht als ihren Umfang einschränkend ausgelegt werden. Wenn
nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentsätze Gewichtsteile
bzw. Gewichtsprozent.
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Beispiel 1
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A. Herstellung eines Polymers
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Ein
Polyhydroxyaminoether-Polymer (PHAE-Polymer) wurde hergestellt aufgrund
der Umsetzung des flüssigen
Epoxidharzes (LER = liquid epoxy resin) D.E.R.TM 332
(ein flüssiger
Diglycidylether von Bisphenol A) mit Ethanolamin (MEA) in einem
Extruder ZSK-30 von Werner & Pfleiderer,
der ein 30mm-Schneckenpaar mit einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von
47:1 hatte. Der Extruder bestand aus 15 Trommelabschnitten mit 9 Heizzonen.
Das Temperaturprofil war folgendes: Zone 1 (Trommelabschnitte 1
und 2) – 65°C; Zone 2
(Trommelabschnitte 3 und 4) – 110°C; Zone 3
(Trommelabschnitte 5 und 6) – 160°C; Zone 4
(Trommelabschnitte 7 und 8) – 180°C; Zone 5
(Trommelabschnitt 9) – 190°C; Zone 6
(Trommelabschnitte 10 und 11) – 190°C; Zonen 7
und 8 (Trommelabschnitte 12 bis 15) – 200°C; und Zone 9 (Extruderkopf) – 200°C. Die Schneckendrehzahl betrug
130 bis 150 U/min.
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LER
und MEA wurden mit stufenlos regelbaren Zahnradpumpen vom Typ Zenith
HPB-5704 in Verbindung mit Verdrängungsvolumenzählern vom
Typ Max 213–300
in den Trommelabschnitt 1 eingeleitet. Die Temperaturen der Aufgabeströme wurden
mit Platin-RTD-Thermometern gemessen und die Zahnradpumpensollwerte
wurden Dichtekorrekturen unterzogen, um genau geregelte Durchflußmengen
zu erhalten. Der Gesamtdurchsatz der Reaktionspartner wurde auf
20 lbs./Std. bei einem LER/MEA-Molverhältnis von 0,971:1 geregelt.
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Das
Diethanolamin (DEA), ein Additiv zum Unterdrücken der Vernetzung, wurde
in einer Menge von 2 Gew.-% der Mischung unter Verwendung von zwei
0,5-Liter-Spritzenpumpen
vom Typ Isco LC-5000, die so synchronisiert waren, daß die eine
einspritzt, während
die andere sich füllt,
in den Trommelabschnitt 14 eingeleitet.
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Das
resultierende Extrudat wurde mittels Zahnradpumpe, Siebpaket, Strangdüse, wassergefüllter Standkühlwanne
und Stranggranulator (Pelletiermaschine) verarbeitet.
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B. Prüfung der Wärmebeständigkeit
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Die
Wärmebeständigkeit
des ein Mittel zum Unterdrücken
der Vernetzung enthaltenden PHAE-Polymers wurde mit einer Antriebseinheit
zum Messen des Drehmoments vom Typ Haake Reocord 9000 in Verbindung
mit einer Mischkammer vom Typ Haake Reomix 600 gemessen. Die Antriebseinheit
Reocord 9000 liefert eine Drehmomentmessung beim Mischen des Polymers
bei geregelter Temperatur und Drehzahl.
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Die
Mischkammer wurde auf eine Metalltemperatur von 140°C vorgewärmt, und
die Drehmomentanzeige wurde bei einer Drehzahl von 50 U/min auf
Null gesetzt. Sechzig Gramm Polymer wurden über einen Zeitraum von 3 bis
4 Minuten in die Aufgabeöffnung
der Kammer gegossen, wobei das Material durch die Rotoren in die
Kammer gezogen wurde. Nach Aufgabe des gesamten Polymers wurde ein
Kolben in die Aufgabeöffnung
heruntergelassen, wodurch die Kammer geschlossen wurde. Der obere
Bereich der geschlossenen Aufgabeöffnung wurde langsam mit Stickstoff
gespült,
um den Kontakt mit Sauerstoff zu miminieren. 10 Minuten nach Beginn
der Polymerzugabe hatte die Drehmomentanzeige einen stabilen Zustand
erreicht, und der Sollwert der Metalltemperaturregelung wurde auf
220°C erhöht. Der
Beginn isothermer Drehmomentwerte (Zeit gleich null Minuten) wurde
auf den Moment eingestellt, wo die Metalltemperatur den Sollwert
von 220°C erreicht.
Die Werte für
Schmelztemperatur und Drehmoment wurden 83 Minuten aufgezeichnet.
10 Minuten nach der Zeit Null war das Drehmoment um 10 Prozent gesunken,
und nach 30 Minuten war das Drehmoment um 17 Prozent gesunken. Die
relativen Änderungen
in den Drehmomentwerten 10 Minuten und 30 Minuten nach der Zeit
Null sind in Tabelle I angegeben.
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Beispiele 2 und 3
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Zwei
PHAE-Polymere wurden wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet,
außer
daß in
den Extruder die in Tabelle I beschriebenen Additive eingeleitet
wurden. Die relativen Änderungen
in den Drehmomentwerten 10 Minuten und 30 Minuten nach der Zeit
Null sind in Tabelle I angegeben.
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Vergleichsbeispiel A
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A. Herstellung eines Polymers
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Ein
PHAE-Polymer wurde aufgrund der Umsetzung von LER und MEA gemäß Beispiel
1 hergestellt, nur daß das
Molverhältnis
von LER zu MEA 0,99:1 betrug und dem Polymer kein DEA beigemischt
wurde.
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Die
in Beispiel 1 beschriebene Haake-Mischkammer wurde auf 140°C Metalltemperatur
vorgewärmt, und
die Drehmomentanzeige wurde bei einer Drehzahl von 50 U/min auf
Null gesetzt. Sechzig Gramm Polymer wurden über einen Zeitraum von 3 bis
4 Minuten in die Aufgabeöffnung
der Kammer gegossen, wobei das Material durch die Rotoren in die
Kammer gezogen wurde. Nach Aufgabe des gesamten Polymers wurde ein
Kolben in die Aufgabeöffnung
heruntergelassen, wodurch die Kammer geschlossen wurde. Der obere
Bereich der geschlossenen Aufgabeöffnung wurde langsam mit Stickstoff
gespült,
um den Kontakt mit Sauerstoff zu miminieren. 10 Minuten nach Beginn
der Polymerzugabe hatte die Drehmomentanzeige einen stabilen Zustand
erreicht, und der Sollwert der Metalltemperaturregelung wurde auf
220°C erhöht. Der
Beginn isothermer Drehmomentwerte (Zeit gleich null Minuten) wurde
auf den Moment eingestellt, wo die Metalltemperatur den Sollwert
von 220°C
erreicht. Die Werte für
Schmelztemperatur und Drehmoment wurden 10 Minuten aufgezeichnet.
10 Minuten nach der Zeit Null war das Drehmoment um 522 Prozent
gestiegen und das Material war geliert. Die relative Änderung
im Drehmomentwert 10 Minuten nach der Zeit Null ist in Tabelle I
angegeben.
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B. Prüfung der Sperrschicht
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Eine
zur Ermittlung der Sauerstoffübertragungsrate
(O2TR) geeignete Folie wurde hergestellt
durch Pressen von ungefähr
1,2 Gramm Polymer mit einem Druck von 10.000 lbs. in einer MTP-Presse
von Tetrahedron Associates, Inc. bei 195°C für die Dauer von 5 Minuten.
Die resultierende Folie hatte eine durchschnittliche Dicke von 3,96
mil und einen Durchmesser von 4 bis 6 Inch. Der O2TR-Wert
der Folie wurde nach dem Verfahren gemäß ASTM D3985-81 auf einem Ox
Tran 10/50 bei 24°C,
einer relativen Feuchte von 63 Prozent auf der Sauerstoffseite der
Folie und 63 Prozent auf der Stickstoffseite getestet. Der O2TR-Wert betrug 0,87 (cm3 × mil)/(100
in2 × Tag × atm O2) und ist in Tabelle IV aufgeführt.
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Beispiel 4
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Die
in Beispiel 1 beschriebene Haake-Mischkammer wurde auf 140°C Metalltemperatur
vorgewärmt, und
die Drehmomentanzeige wurde bei einer Drehzahl von 50 U/min auf
Null gesetzt. Das in Vergleichsbeispiel A hergestellte Polymer,
58,93 Gramm, wurde über
einen Zeitraum von 3 bis 4 Minuten in die Aufgabeöffnung der
Kammer gegossen, wobei das Material durch die Rotoren in die Kammer
gezogen wurde. Mit dem Rest des Polymers wurden auch noch 1,066
Gramm 2-(2-Aminoethylamino)ethanol (AEEA) eingeleitet. Nach Aufgabe
des gesamten Polymers und Amins wurde der Kolben in die Aufgabeöffnung heruntergelassen,
wodurch die Kammer geschlossen wurde. Der obere Teil der geschlossenen
Aufgabeöffnung
wurde langsam mit Stickstoff gespült, um den Kontakt mit Sauerstoff
zu minimieren. 20 Minuten nach Beginn der Polymerzugabe wurden die
Materialien homogen gemischt, und der Sollwert der Metalltemperaturregelung
wurde auf 220°C
erhöht.
Der Beginn der isothermen Drehmomentwerte (Zeit gleich null Minuten)
wurde auf den Moment eingestellt, wo die Metalltemperatur den Sollwert
von 220°C
erreicht. Die Werte für
Schmelztemperatur und Drehmoment wurden 100 Minuten aufgezeichnet.
10 Minuten nach der Zeit Null war das Drehmoment um 11 Prozent gesunken,
und nach 30 Minuten war das Drehmoment um 34 Prozent gesunken. Die
relativen Änderungen
in den Drehmomentwerten 10 Minuten und 30 Minuten nach der Zeit
Null sind in Tabelle II angegeben.
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Beispiele 5–25
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Mehrere
PHAE-Polymere wurden nach dem in Beispiel 4 beschriebenen Verfahren
hergestellt, nur daß die
in die Haake-Mischkammer eingeleiteten Additive die in Tabelle II
beschriebenen sind. Die relativen Änderungen in den Drehmomentwerten
10 Minuten und 30 Minuten nach der Zeit Null sind in Tabelle II
angegeben.
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Beispiel 26
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Die
in Beispiel 1 beschriebene Haake-Mischkammer wurde auf 150°C Metalltemperatur
vorgewärmt, und
die Drehmomentanzeige wurde bei einer Drehzahl von 50 U/min auf
Null gesetzt. Fünfzig
Gramm Polymer, das analog zu Beispiel 1 hergestellt wurde und bei
dem es sich um das Polymerisationsprodukt von LER und MEA handelte
und dem 0,5 Gew.-% Diethanolamin beigemischt waren, wurde über einen
Zeitraum von 3 bis 4 Minuten in die Aufgabeöffnung der Kammer gegossen,
wobei das Material durch die Rotoren in die Kammer gezogen wurde.
Eine Zeit gleich null Minuten wurde am Ende der Zugabe des Polymers
eingestellt. 5 Minuten nach der Zeit Null wurden 0,7615 Gramm Calciumethylhexanoat
zugegeben. 10 Minuten nach der Zeit Null hatte die Drehmomentanzeige
einen stabilen Zustand erreicht, und der Sollwert der Metalltemperaturregelung wurde
von Hand in Abständen
von 2 Minuten um 5°C
auf 230°C
erhöht.
Die Werte für
Schmelztemperatur und Drehmoment wurden 50 Minuten aufgezeichnet.
Als sich das Polymer erwärmte,
fiel der Drehmomentwert mit abnehmender Viskosität ab, bis es nach 47 Minuten
bei minimalem Drehmoment zur Vernetzung kam, wonach die Drehmomentwerte
mit zunehmender Gelierung wieder anstiegen. Die Zeit bei minimalem
Drehmoment ist in Tabelle III angegeben.
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Beispiele 27–30
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Mehrere
PHAE-Polymere wurden nach dem in Beispiel 26 beschriebenen Verfahren
hergestellt und ausgewertet, nur daß 5 Minuten nach der Zeit Null
die in Tabelle III beschriebenen Additive in die Haake-Mischkammer
eingeleitet wurden. Die Zeit bei minimalem Drehmoment ist in Tabelle
III angegeben.
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Beispiel 31
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A. Herstellung von PHAE-Polymer
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Die
in Beispiel 1 beschriebene Mischkammer wurde auf 140°C Metalltemperatur
vorgewärmt,
und die Drehmomentanzeige wurde bei einer Drehzahl von 50 U/min
auf Null gesetzt. Das in Vergleichsbeispiel A hergestellte Polymer,
58,8 Gramm, wurde über
einen Zeitraum von 3 bis 4 Minuten in die Aufgabeöffnung der Kammer
gegossen, wobei das Material durch die Rotoren in die Kammer gezogen
wurde. Mit dem Rest des Polymers wurden auch noch 1,221 Gramm AEEA
eingeleitet. Nach Aufgabe des gesamten Polymers und Amins wurde
der Kolben in die Aufgabeöffnung
heruntergelassen, wodurch die Kammer geschlossen wurde. 20 Minuten
nach Beginn der Polymerzugabe wurden die Materialien homogen gemischt,
und die Mischung wurde aus der Mischkammer entnommen.
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B. Prüfung der Sperrschicht
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Eine
zur Ermittlung der Sauerstoffübertragungsrate
(O2TR) geeignete Folie wurde hergestellt
durch Pressen von ungefähr
1,2 Gramm Polymer mit einem Druck von 10.000 lbs. unter Verwendung
der in Vergleichsbeispiel A beschriebenen Presse. Die resultierende
Folie hatte eine Dicke von 3,10 mil und einen Durchmesser von 4
bis 6 Inch. Der O2TR-Wert der Folie wurde
mit derselben Vorrichtung und demselben Verfahren wie in Vergleichsbeispiel
A beschrieben bei 24°C,
einer relativen Feuchte von 63 Prozent auf der Sauerstoffseite der
Folie und 63 Prozent auf der Stickstoffseite getestet. Der O2TR-Wert betrug 0,73 (cm3 × mil)/(100
in2 × Tag × atm O2) und ist in Tabelle IV aufgeführt.
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Beispiele 32–36
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Mehrere
PHAE-Polymere wurden nach dem in Beispiel 31 beschriebenen Verfahren
hergestellt und ausgewertet, nur daß die in die Haake-Mischkammer
eingeleiteten Additive die in Tabelle IV beschriebenen sind. Die
O2TR-Ergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt.
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