JP2008525595A - バリア用途用のポリエステル粘土ナノ複合材 - Google Patents
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Abstract
Description
a.セピオライト型の粘土を、
(i)少なくとも1種の二酸またはジエステルおよび少なくとも1種のジオール、
(ii)少なくとも1種の重合可能なポリエステルモノマー、
(iii)少なくとも1種の直鎖状ポリエステルオリゴマー、および
(iv)少なくとも1種の大環状ポリエステルオリゴマー
の群から選択される少なくとも1種のポリエステル前駆体と混合することによりポリエステルナノ複合材を調製した後、溶剤を存在させて、または存在させずに、少なくとも1種のポリエステル前駆体を重合し、
b.このようにして生成されたポリエステルナノ複合材を含んでなる成形ポリマー物品を形成すること
を含んでなる。
a.セピオライト型の粘土を、
(i)少なくとも1種の二酸またはジエステルおよび少なくとも1種のジオール、
(ii)少なくとも1種の重合可能なポリエステルモノマー、
(iii)少なくとも1種の直鎖状ポリエステルオリゴマー、および
(iv)少なくとも1種の大環状ポリエステルオリゴマー
の群から選択される少なくとも1種のポリエステル前駆体と混合することによりポリエステルナノ複合材を調製した後、溶剤を存在させて、または存在させずに、少なくとも1種のポリエステル前駆体を重合し、
b.このようにして生成されたポリエステルナノ複合材を含んでなる成形ポリマー物品を形成すること
を含んでなる。
ナノ複合材は、有効量の剥離したセピオライト、剥離したアタパルジャイトまたは剥離したセピオライトと剥離したアタパルジャイトの混合物を含有する。本明細書で用いる「有効量」とは、バリア向上添加剤が、当該の透過する物質(例えば、酸素)に対する物品の透過性を検出可能に減じるのに十分に存在することを意味する。これは、ポリエステルナノ複合材の0.1重量%〜20重量%である。
粘土鉱物およびその工業用途は、アプライドクレイサイエンス(Applied Clay Science)17(2000年)207−221にH.H.マレー(Murray)により検討されている。カオリンとスメクタイトの2種類の粘土鉱物がナノ複合材に一般的に用いられている。カオリンの分子は、1つはシリカ、1つはアルミナの2つのシートまたは板に配置される。最も広く用いられているスメクタイトは、ナトリウムモンモリロナイトとカルシウムモンモリロナイトである。スメクタイトは、2つのシリカシートと1つのアルミナシートに配置される。モンモリロナイト粘土鉱物の分子は、カオリン基よりも結合が弱く、さらに離れている。
用いるポリエステルは、必要な融点を備えた任意のポリエステルであってよい。ポリエステルの融点は約150℃以上であるのが好ましく、約200℃以上であるのがより好ましい。ポリエステル(大半または全てがエステル結合基を有する)は、通常、1種もしくはそれ以上のジカルボン酸と1種もしくはそれ以上のジオールから誘導される。それらは、重合可能なポリエステルモノマーまたは大環状ポリエステルオリゴマーから生成することもできる。
ナノ複合材材料を製造するプロセス条件は、溶融または溶液プロセスでポリエステルを製造するのに業界に公知のものと同じである。セピオライト粘土鉱物は、ポリエステル重合度が約20の前に、任意の都合のよい製造段階で任意の手段により添加することができる。例えば、モノマーと共に始めに、モノマーエステル化またはエステル交換中、モノマーエステル化またはエステル交換の最後、または重縮合工程の早い段階で添加することができる。
フィルム試料は、本発明より得られる改善されたバリア特性の指標である。ナノ複合材は、上述したとおり、セピオライト型の粘土の存在下でベースポリマーのインサイチュでの重合により調製される。ナノ複合材は、当業者に任意の公知の方法によりフィルム、シートまたは容器を作製するのに用いることができる。ナノ複合材を含んでなるフィルム、シートおよび容器は、増大した引裂強度、増大した引張弾性率、水蒸気、酸素および二酸化炭素の減少した透過性を示し、高レベルの靭性および透明度を保持している。
本発明を以下の実施例によりさらに定義する。これらの実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すものであるが、例証のためのみのものと考えられる。上記の説明およびこれらの実施例から、当業者であれば、その精神および範囲から逸脱することなく、本発明の必須の特徴を把握でき、様々な用途および条件に適合させるべく本発明の様々な変更および修正を行える。
ジメチルテレフタレート(CAS#120−61−6、99%)はインビスタ(INVISTA)(カンザス州、ウィチタ(Wichita,Kansas))より購入した。エチレングリコール(CAS#107−21−1)はユニバー(Univar)USA(ワシントン州、カークランド(Kirkland,Washington))より購入した。酸化アンチモン(CAS 1309−64−4、99%)および酢酸マンガン(CAS#6156−78−1、99%)はアルドリッチケミカルカンパニー(Aldrich Chemical Company)(ウィスコンシン州、ミルウォーキー(Milwaukee,Wisconsin))より購入した。パンジェル(PANGEL)(登録商標)B20セピオライトは、EMサリバンアソシエーツ(Sullivan Associates)より購入した。用いた対照PET試料はクリスター(CRYSTAR)(登録商標)3934(デラウェア州、ウィルミントンのイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー・インコーポレーテッド(E.I.du Pont de Nemours & Co. Inc.,Wilmington,Delaware)であった。2つのイースター(EASTAR)(登録商標)PETG等級をイーストマンケミカルカンパニー(Eastman Chemical Company)(テネシー州、キングスポート(Kingsport,Tennessee))より購入した。
サイズ排除クロマトグラフィーシステムは、ウォーターズ(Waters)410(登録商標)屈折率検出器(DRI)を備えたウォーターズコーポレーション(Waters Corporation)(マサチューセッツ州、ミルフォード(Milford,MA))製モデルアライアンス(Model Alliance)2690(登録商標)および静的直角光拡散を組み込んだビスコテック(Viscotek)コーポレーション(テキサス州、ヒューストン(Houston,TX))の型番T−60A(登録商標)二重検出器モジュールから構成されており、差動毛細管粘度計検出器を分子量特定のために用いた。移動相は、0.01Mトリフルオロ酢酸ナトリウム中1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール(HFIP)であった。ポリマーについてのdn/dcを測定し、全試料が測定中完全に溶出されたと仮定した。ジエチレングリコール(DEG)のパーセンテージを1H NMR分光法を用いて求めた。
ポリエステル/セピオライトナノ複合材調製
ステンレス鋼オートクレーブに、DMT(10.1lb、4.59kg)、エチレングリコール(6.7lb、3.0kg)、三酸化アンチモン(2.80g)、酢酸マンガン(3.60g)、酢酸ナトリウム(1.30g)およびパンジェル(PANGEL)(登録商標)B20セピオライト(140.0g)を入れた。反応容器を60psiの窒素で三回パージした。容器の低フロー窒素スイープで、容器を240℃まで加熱した。容器を240℃まで加熱しながら、反応物を25RPMで攪拌した。容器が240℃に達した後、反応温度を10分間維持した。反応物を275℃まで加熱し、90分真空還元サイクルを開始した。真空還元サイクルの完了の際、完全真空(0.1トル)を反応物に適用し、反応物を275℃に120分間維持した。反応物を窒素で加圧し、ポリマーをストランドとして押し出し、水桶中で冷却し、ペレット形態へと刻んだ。ポリマー分子量をSECを用いて求めた。Mn=24600、%DEG=2.89%。この材料は以下「PET−実施例1」と呼ぶ。
3重量%のセピオライトを含有するフィルムの作製および特性
対照例としてクリスター(CRYSTAR)(登録商標)ポリエステルポリマー(未充填)および実施例1で調製したポリエステル/セピオライトナノ複合材(3重量%セピオライト)を120℃で真空下で一晩乾燥した。30mmの二軸押出し機は、10インチ(25.4cm)フィルムダイおよび窒素ブランケットの付いたフィーダを備えていた。バレルを255℃の温度まで加熱し、ダイを265℃まで加熱した。フィルムを押し出し、冷却流延ドラム上で冷却した。押出し中、フィルタスクリーンは用いなかった。透明度および色を目視により評価した。引張弾性率およびWVTRを上述したとおりにして測定した。結果を表1に示す。
セピオライトを含有するPETおよびコポリエステルシートの作製
対照例のクリスター(CRYSTAR)(登録商標)ポリエステルポリマー(未充填)および実施例1で調製したポリエステル/セピオライトナノ複合材(3重量%セピオライト)、およびコポリエステルイースター(EASTAR)(登録商標)21446およびイースター(EASTAR)(登録商標)6763を120℃で真空下で一晩乾燥した。30mmの二軸押出し機は、10インチ(25.4cm)フィルムダイおよび窒素ブランケットの付いたフィーダを備えていた。バレルを255℃の温度まで加熱し、ダイを265℃まで加熱した。試料3A、3B、3Cおよび3Dの供給物は、実施例1のPETナノ複合材組成物(「PET−実施例1」)、PET−実施例1とイースター(EASTAR)(登録商標)21446の重量基準で1:1のペレットブレンド、PET−実施例1とイースター(EASTAR)(登録商標)6763の重量基準で1:1のペレットブレンドおよびクリスター(CRYSTAR)(登録商標)3934対照例であった。厚さ35ミル(889μm)のシートを押し出し、冷却流延ドラム上で冷却した。押出し中、フィルタスクリーンは用いなかった。ASTM D1003に準拠して黄色の度合いを測定した。表2に示す。引張特性は表3に示す。
Claims (10)
- ポリエステルホモポリマー、ポリエステルコポリマーおよび少なくとも1種のかかるホモポリマーまたはコポリマーを含んでなるポリマーブレンドから選択される少なくとも1種のポリマーまたはポリマーブレンドから形成された成形熱可塑性ポリマー物品のガス透過性を減じる方法であって、
(a)ガス透過性を減じるのに有効な量のセピオライト型の粘土を、
(i)少なくとも1種の二酸またはジエステルおよび少なくとも1種のジオール、
(ii)少なくとも1種の重合可能なポリエステルモノマー、
(iii)少なくとも1種の直鎖状ポリエステルオリゴマー、および
(iv)少なくとも1種の大環状ポリエステルオリゴマー
から選択される少なくとも1種のポリエステル前駆体と混合することによりナノ複合材を調製し、
(b)少なくとも1種のポリエステル前駆体を重合し、
(c)成形物品を形成すること
を含む方法。 - ポリエステル前駆体が溶媒の存在下で重合される請求項1に記載の方法。
- 重合が100〜600ppmの酢酸リチウム、ナトリウムまたはカリウムの存在下で実施される請求項1に記載の方法。
- ポリエステルホモポリマーまたはコポリマーがポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(1,3−プロピレンテレフタレート)、ポリ(1,4−ブチレンテレフタレート)、ポリ(1,4−ブチレンテレフタレート)およびポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールブロックを有する熱可塑性エラストマーポリエステル、ポリ(1,4−シクロヘキシルジメチレンテレフタレート)、ポリ乳酸から選択される請求項1に記載の方法。
- ポリマーが約2モル%から約5モル%までのイソフタレート単位で変性されたボトルグレードのポリ(エチレンテレフタレート)であり、剥離したセピオライト型の粘土が、変性したポリエチレンテレフタレートの重量を基準として約0.01重量%〜6.0重量%の濃度で存在している請求項1に記載の方法。
- 形成することが(共)押出し、射出成形、ブロー成形、射出延伸ブロー成形、押出しブロー成形、ラミネーション、熱成形およびフィルムブローイングから選択される請求項1に記載の方法。
- 成形物品がフィルム、シート、容器、膜、ラミネート、ペレット、コーティング、発泡体、パッケージまたはパッケージング部材、ボトル、ボックス、ジャー、缶、バッグ、末端閉鎖管、化粧パッケージ、ライナ、蓋、交換可能または使い捨て容器キャップ、フィルム、収縮包装材料、収縮バッグ、トレイ、トレイ/容器組み立て品および飲料ボトルネックから選択される請求項1に記載の方法。
- ポリエステルホモポリマー、ポリエステルコポリマーまたは少なくとも1種のかかるホモポリマーまたはコポリマーを含んでなるポリマーブレンド中に、剥離したセピオライト型の粘土のナノ複合材を含んでなるパッケージまたはパッケージング部材。
- 該パッケージまたはパッケージング部材がボトル、ボックス、ジャー、缶、バッグ、末端閉鎖管、化粧パッケージ、ライナ、蓋、交換可能または使い捨て容器キャップ、フィルム、収縮包装材料、収縮バッグ、トレイ、トレイ/容器組み立て品または飲料ボトルネックである請求項8に記載のパッケージまたはパッケージング部材。
- 該ボトルが射出延伸ブロー成形により形成され、かつポリエステルナノ複合材から形成され、ポリエステルが約2モル%から約5モル%までのイソフタレート単位で変性されたボトルグレードのポリエチレンテレフタレートであり、剥離したセピオライト型の粘土が、変性したポリエチレンテレフタレートの重量を基準として約0.01重量%〜6.0重量%の濃度で存在している請求項8に記載のボトル。
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