TWI589632B - 用於製造親水性聚苯乙烯物件之組成物 - Google Patents

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Description

用於製造親水性聚苯乙烯物件之組成物
本發明係關於使用兩種組分與聚苯乙烯共同擠製以便增加加工固態非發泡或發泡聚苯乙烯薄膜、片材或食物托盤之親水性性質。第一種組分為烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽或烯烴磺酸鹽，第二種組分為聚乙二醇，該兩個組分也可以組成物的形式使用，該組成物係呈母料或混配物的形式。
固態非發泡或發泡聚苯乙烯廣泛地用作製造包裝食物(諸如肉、魚或水果)的托盤之適當材料。這些被包裝在托盤中之食物通常釋出充滿在包裝托盤內之水、果汁或血液。從衛生和視覺觀點來看，較佳藉由具有適當吸附性質的托盤材料迅速地吸收這些液體是非常理想的。
在塑料工業中，習慣使用呈混配物或母料形式之添加劑。
為了本發明之目的，母料為包含聚合物和添加劑之組成物，其中添加劑係以高於最終應用的濃度存在且載體聚合物可為或可不為最終應用的聚合物。添加劑在母料中的較佳濃度以母料的總重量為基準計從0.1至90重量%的範圍內，特別是從1至80重量%，尤其是從10至75重 量%。
為了本發明之目的，混配物為包含聚合物和添加劑之組成物，其中添加劑係以最終應用或最終物件之所要最終濃度存在且該聚合物為最終應用或最終物件之所要聚合物，因此該混配物僅藉物理成形方法成為最終應用或最終物件的所要形狀。
含有親水性添加劑且用於製造親水性組成物或物件之母料及/或混配物必須符合嚴格的要求：該組成物應具有高負載，即高濃度的親水性添加劑，且其應可能設定最後物件中的聚合物表面和水之間的接觸角。進一步要求為與最終應用或最終物件的聚合物之良好互溶性和相容性。此外，需要發泡聚苯乙烯食物托盤中的水或肉汁之高吸收。聚苯乙烯表面對含水液體的吸收性質之可測變量為聚苯乙烯表面對水的表面角度(靜態接觸角)。表面角度越低，則吸收性質越高。
EP2 289994 A2揭示一種用於聚苯乙烯發泡體托盤之吸收母料碎片組成物，其中該母料碎片包含一種有機陰離子磺酸鹽、碳酸鈣和滑石。
然而，已知的組成物不符合業界的所有現行需求，尤其是彼等之吸收性質不足。需要含有親水性添加劑之母料和混配物，其提供低靜態接觸角且關於成形性和機械穩定性(例如密度、挺度(stiffness)和撕裂強度)仍然與聚合物材料相容。
頃發現下列包含聚苯乙烯和親水性添加劑的特定混合 物之組成物Z令人驚訝地顯示關於前述要求之改良性質。
本發明之標的為一種包含組分A、組分B和組分P之組成物Z用於增強固態非發泡或發泡聚苯乙烯的親水性之用途，其中該組分A為烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽及/或烯烴磺酸鹽，該組分B為聚乙二醇，且該組分P為聚苯乙烯及/或其合金。
根據本發明，增強聚苯乙烯之親水性表示根據本發明以特定添加劑改性以便獲得聚合物表面和水之間的較低靜態接觸角之聚苯乙烯材料，且相較於真正的聚苯乙烯材料，提供加添加劑的聚苯乙烯材料之較高吸水能力。
本發明的另一標的為如前所述之組成物Z用於製造固態非發泡或發泡聚苯乙烯的吸收性物件之用途，其中該被吸收之材料為含水液體。
組成物Z較佳為如前所定義之母料MB或混配物。吸收性物件較佳為膜、片材或容器，例如食物托盤，其較佳為與含水食物(例如肉、魚、蔬菜或水果)接觸。被吸收之材料較佳為水、血液或果汁。
本發明的另一標的為固態發泡或非發泡聚苯乙烯物件，其包含一種如上述所定義之組成物Z，該物件與含水食物(例如肉、魚、蔬菜或水果)接觸，且該物件較佳為膜、片材或容器，例如食物托盤。為了本發明之目的，一種親水性固態非發泡或發泡聚苯乙烯其特徵在於：從5°至 84°，較佳從30°至83°特別是從40°至82°，最佳從50至81°之靜態接觸角。
本發明的另一標的為一種藉由擠壓、捏合、壓製或射出成形如上述所定義之組分A、B和P的混合物來提高固態非發泡或發泡聚苯乙烯的親水性之方法。
較佳地，組分A包含1、2、3或4種，更佳為1或2種，甚至更佳為1種烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽或烯烴磺酸鹽。
較佳烷基磺酸鹽為烷基磺酸銨或鹼金屬鹽，更佳C6-C22-烷基磺酸鹼金屬鹽，尤其是C10-C18-烷基磺酸鹼金屬，最佳C12-C18-烷基磺酸鹼金屬鹽。鹼金屬較佳為鋰、鈉或鉀，最佳為鈉。銨為NH4 +或單-、二-，三-或四烷基化銨，其中該烷基較佳為隨意地經羥基取代之C1-C4-烷基。烷基可為直鏈或支鏈，例如直鏈或二級烷基磺酸鹽。烷基磺酸鹽的例子為己基磺酸鈉、辛基磺酸鈉、癸基磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十四烷基磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、十八烷基磺酸鈉、二十烷基磺酸鈉、二十二烷基磺酸鈉、十四烷基磺酸鋰、十六烷基磺酸鋰、十八烷基磺酸鋰、二十烷基磺酸鉀和二十二烷基磺酸鉀。較佳烷基苯磺酸鹽為十二烷基苯磺酸鈉或鉀。較佳烯烴磺酸鹽為α-烯烴磺酸鹽，尤其是具有12至18°個碳原子。
較佳地，組分B包含1、2、3或4種(更佳1或2 種，甚至更佳地1種)聚乙二醇。
較佳聚乙二醇為具有從100 g/mol至8,000,000 g/mol，較佳從150 g/mol至1,000,000 g/mol，更佳從160 g/mol至100,000 g/mol，尤其是從180 g/mol至35,000 g/mol，更尤其是從200 g/mol至20,000 g/mol之莫耳質量分布Mn的聚乙二醇。
較佳聚乙二醇為具有從5至7之pH值的聚乙二醇。較佳聚乙二醇為在20℃下(50%水溶液)具有從50至14,000 mPa＊s之黏度的聚乙二醇、在20℃下(1%水溶液)具有從4000至15,000 mPa＊s之黏度的聚乙二醇、在20℃下(2%水溶液)具有從400至800 mPa＊s之黏度的聚乙二醇和在20℃下(5%水溶液)具有從30至50 mPa＊s之黏度的聚乙二醇。
較佳聚乙二醇為具有從1至800 mg KOH/g，更佳從3至700 mg KOH/g，甚至更佳地從4至650 mg KOH/g，尤其是從5至620 mg KOH/g，尤其是從30至610 mg KOH/g，或尤其是從530至600 mg KOH/g之羥值的聚乙二醇。
較佳聚乙二醇為直鏈具有二個自由羥基端基之聚乙二醇。
較佳地，組分P包含1、2、3或4種(更佳1或2種，甚至更佳地1種)聚苯乙烯。
聚苯乙烯可為苯乙烯均聚物、烷基苯乙烯均聚物，較佳C1-C4-烷基苯乙烯均聚物，例如α-甲基苯乙烯均聚 物；苯乙烯共聚物，尤其是高衝擊性聚苯乙烯(HIPS)。高衝擊性聚苯乙烯(HIPS)通常藉由接枝苯乙烯和隨意地一或多種共聚合性乙烯基單體之混合物，較佳苯乙烯、甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、丁基苯乙烯、鹵苯乙烯、乙烯基烷基苯類，諸如乙烯基甲苯、乙烯基二甲苯、丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸的低級烷酯之混合物，在包含選自聚丁二烯、聚異戊二烯、橡膠狀苯乙烯-二烯共聚物、丙烯酸橡膠、丁腈橡膠和烯烴類橡膠諸如丙烯二烯單體橡膠(PDM)和丙烯橡膠(PR)的共聚物之橡膠狀聚合物主鏈(trunk)存在下聚合而製得。在高衝擊性聚苯乙烯中，橡膠狀聚合物主鏈通常構成接枝聚合物之總重量的從5至80重量%，較佳5至50重量%。
此外，也可能使用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)共聚物和合成丁基橡膠(SBR)。
也可能使用上述苯乙烯聚合物之混合物或合金。
組分P之較佳密度為從1.0至1.1 g/cm3，更佳從1.02至1.06 g/cm3，甚至更佳地從1.03至1.05 g/cm3。
較佳聚苯乙烯為具有依照ISO 1133於200℃/5kg之從0.1至300 g/cm3，更佳從1至200 g/cm3，甚至更佳地從5至100 g/cm3，尤其是從10至50 g/cm3，更尤其是從15至35 g/cm3，特別是從20至25 g/cm3之MFR的聚苯乙烯。
組成物Z權宜地包含從0.06至90重量%的組分A和B之總和，較佳Z包含從0.5至80重量%的組分A和B 之總和，更佳Z包含從1.0至70重量%的組分A和B之總和，甚至更佳地Z包含從1.25至50重量%的組分A和B之總和，尤其是Z包含從1.5至25重量%的組分A和B之總和，該重量%係以組成物Z的總重量為基準計。
組成物Z較佳所含組分A、B兩者的重量比係組分A對組分B為從0.1至10.0，較佳從0.2至5.0，更佳從0.3至1.0，甚至更佳地從0.4至0.8，尤其是從0.5至0.6。
組成物Z權宜地包含0.2至30重量%的組分A，0.4至60重量%的組分B，10至99.4重量%的組分P，該重量%係以組成物的總重量為基準計。
若組成物Z為母料MB，則Z權宜地包含1.5至30重量%的組分A，3至60重量%的組分B，10至95.5重量%的組分P；較佳地，呈母料MB的組成物Z包含3至25重量%的組分A，6至50重量%的組分B，25至91重量%的組分P；更佳地，作為母料的組成物Z包含6至20重量%的組分A，12至40重量%的組分B，40至82重量%的組分P； 甚至更佳地，呈母料MB的組成物Z包含12至18.3重量%的組分A，24至36.7重量%的組分B，45至64重量%的組分P；尤其是，呈母料MB的組成物Z包含15至16.7重量%的組分A，30至33.3重量%的組分B，50至55重量%的組分P；在各情況中的重量%係以組成物Z的總重量為基準。
若組成物Z為混配物，則Z權宜地包含0.0167至1.47重量%的組分A，0.0333至2.93重量%的組分B，95.6至99.95重量%的組分P；較佳地，呈混配物的組成物Z包含0.07至1重量%的組分A，0.14至2重量%的組分B，97至99.79重量%的組分P；更佳地，呈混配物AC的組成物Z包含0.25至0.75重量%的組分A，0.5至1.5重量%的組分B，97.75至99.25重量%的組分P；甚至更佳地，呈混配物AC的組成物Z包含0.3至0.7重量%的組分A，0.6至1.4重量%的組分B， 97.9至99.1重量%的組分P；尤其是，呈混配物的組成物Z包含0.4至0.5重量%的組分A，0.8至1.0重量%的組分B，8.5至98.8重量%的組分P；在各情況中的重量%係以組成物Z的總重量為基準。
組成物Z可含有另外的物質，較佳為- 著色劑，有機和無機染料和顏料可能作為著色劑；作為有機顏料，較佳者為使用偶氮或重氮顏料、經塗佈之偶氮或重氮顏料或多環顏料；較佳多環顏料為二酮基吡咯並吡咯、酞菁、喹吖啶酮、苝、二、蒽醌、硫靛藍、二芳基或喹酞酮顏料；作為無機顏料，較佳者為使用適合於著色的金屬氧化物、混合氧化物、硫酸鋁、鉻酸鹽、金屬粉末、珠光效果顏料(雲母)、發光顏料、氧化鈦、鎘-鉛顏料、氧化鐵、碳黑、矽酸鹽、鈦酸鎳、鈷顏料或氧化鉻；- 分散助劑，較佳分散劑為C10-C30極性醇之酸酯；- 填充劑諸如矽石、沸石、矽酸鹽(諸如矽酸鋁、矽酸鈉、矽酸鈣)、白堊，滑石；- 輔助劑，較佳為金屬皂、發泡劑、成核劑、過氧化物；- 烷基胺、乙氧化烷基胺、甘油酯或其混合物(摻合物)；- UV吸收劑和受阻胺光穩定劑(HALS)混配物、助滑劑、防霧劑、抗冷凝劑及/或懸浮穩定劑、阻燃劑； 抗氧化劑或其他習知的塑膠添加劑；離子液體；或此等之混合物。
此等另外的物質權宜地以組成物Z的重量計從0至60重量%，較佳0.01至40重量%，更佳0.1至30重量%，甚至更佳地1至20重量%，尤其是2至10重量%存在。在聚苯乙烯為發泡聚苯乙烯之情況下，一較佳另外的物質為成核劑，諸如滑石，及/或化學發泡劑。
組成物Z可藉由將組分A、B和P及隨意的任何另外物質彼此物理混合製造。組分的混合可以一個步驟或複數個步驟發生。用於物理混合之混合裝置，可能使用塑膠工業中習用之混合裝置，較佳選自由擠壓機、捏合機、壓機、射出成形機及葉片混合機所組成之群組的裝置。當組成物Z為母料MB時，混合裝置較佳為擠壓機、捏合機及/或葉片混合機。當組成物Z為混配物時，混合裝置較佳為擠壓機、壓機及射出成形機，特佳為擠壓機。混合較佳連續或分批地發生，特佳連續地發生，在母料MB的情況下，較佳藉由擠壓或捏合發生，特佳藉由擠壓發生，且在混配物的情況下，較佳藉由擠壓或射出成形或壓製進行，特佳藉由擠壓發生。混合較佳在從80至260℃，更佳從120至250℃，甚至更佳地從150至230℃，尤其是從180至220℃的溫度下進行。混合時間較佳為從5 sec至10 h。在連續混合之情況下，混合時間較佳為從5 sec至1 h，更佳從10 sec至15 min。
在分批混合之情況下，混合時間較佳為從1 min至10 h，更佳從2 min至8 h，特別是從2 min至5 h，尤其是從2 min至1 h，特佳從2至15 min。
在混配物的情況下，組分A、B和P較佳以母料MB之形式與聚苯乙烯P混合。此外，母料MB與粒化成分P之預混物較佳用於物理混合。
組成物Z，呈母料MB之形式或呈混配物之形式二者，令人驚訝的特徵在於低靜態接觸角。
為了製造發泡聚苯乙烯物件(例如食物托盤)，將聚苯乙烯與發泡劑一起和較佳在成核劑(例如滑石或化學發泡劑)存在下擠壓。發泡劑可為物理發泡劑，例如氣體像CO2、N2、異戊烷、氫氟碳化物或在加工期間於熔化聚合物中分解而釋出氣體(例如CO2或N2)的化學發泡劑。在兩種方法中，氣體必須在擠壓機筒中於壓力下徹底分散和溶解在聚合物熔體中。當熔體離開擠壓機通過模子，壓力下降且氣體膨脹熔體，在聚合物中產生蜂窩狀結構。以所謂的直接加氣擠壓製造之發泡體擠壓聚苯乙烯物件可達成從15 kg/m3至500 kg/m3之發泡體密度。
試驗方法：
莫耳質量分布Mn的測定係依照DIN 55672之凝膠滲透層析術(GPC)來進行。
1%、2%、5%或50%水溶液在20℃下的黏度之測定依照ISO 6388。
密度之測定依照ISO 1183。
MFR於200℃和5kg重量下之測定依照ISO 1133。
拉伸模數之測定依照ISO 527-1/-2。
靜態接觸角的測定係藉由把一滴具有定義體積的蒸餾水小心放在聚苯乙烯片材的表面上進行。固體/液體界面和液體/蒸氣界面之間所形成的角度稱為靜態接觸角θ。5秒的靜止時間之後，拍攝照片和藉由觀看在該液滴的輪廓和測量固體和具有如圖(圖1)中所示的三相線之頂點的液滴輪廓之間所形成的二維角度，用圖像處理軟體確定靜態接觸角。
所使用的物質：
組分A：C12-C18-烷基磺酸鈉；
組分B1：聚乙二醇，具有從28至39mg KOH/g之羥值，和3,350g/mol之平均分子量；
組分B2：聚乙二醇，具有530至600mg KOH/g之羥值，和200g/mol之平均分子量；
組分D1：微粉化碳酸鈣，具有5.5μm之統計平均直徑；
組分D2：滑石，矽酸Mg，CAS 14807-96-6，具有6μm之統計平均直徑；
組分P1：通用聚苯乙烯均聚物，其具有於200℃/5kg的從20至28g/10min之MFR和從3000至3400MPa之拉伸模數。
組分P2：高衝擊性橡膠改性之聚苯乙烯，其具有於 200℃/5 kg的從4.0至6.0 g/10 min之MFR和從1600至2000 MPa之拉伸模數。
在下列實例中百分比係以混合物或物件之總重量為基準計之重量百分比，除非另有說明；份為重量份；“Comp.”表示比較例。
比較例1
15份的組分B1和85份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB1。
比較例2
15份的組分A和85份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB2。
實例3
5份的組分A、10份的組分B1和85份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB3。
實例4
5份的組分A、10份的組分B2和85份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230 ℃)。獲得母料MB4。
實例5
12.5份的組分A、2.5份的組分B1和85份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB5。
實例6
2.5份的組分A、12.5份的組分B1和85份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB6。
比較例7(代表EP 2 289 994 A2之教示)
15份的組分A、15份的組分D1、7.5份的組分D2和62.5份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB7。
比較例8(代表EP 2 289 994 A2之教示)
21份的組分A、20份的組分D1、5.0份的組分D2和54份的組分P1在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB8。
實例9
5份的組分A、10份的組分B1、45份的組分P1和 40份的組分P2在雙螺桿擠壓機上一起均質化(擠壓機的溫度：220至230℃)。獲得母料MB9。
比較例21
將10份的如比較例1中所述製得之母料MB1與90份的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF21。
比較例22
將10份的母如比較例2中所述製得之料MB2與90 份的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF22。
實例23
將10份的如實例3中所述製得之母料MB3與90份的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF23。
實例24
將10份的如實例4中所述製得之母料MB4與90份的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF24。
實例25
將10份的如實例5中所述製得之母料MB5與90份的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF25。
實例26
將10份的如實例6中所述製得之母料MB6與90份 的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF26。
比較例27
將10份的如比較例7中所述製得之母料MB7與90份的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF27。
比較例28
將7.14份的如比較例8中所述製得之母料MB8與92.86份的組分P1在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF27。
實例29
將10份的如實例9中所述製得之母料MB9與50份的組分P1和40份的組分P2在平膜擠壓機(Collin)上均質化並混合。使用100 rpm的旋轉速度和220-230℃的溫度獲得具有100 μm的厚度之平膜FF29。
圖1說明靜態接觸角(θ)。

Claims (9)

  1. 一種包含組分A、組分B和組分P之組成物Z用於增強固態非發泡或發泡聚苯乙烯的親水性之用途，其中該組分A為烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽及/或烯烴磺酸鹽，該組分B為聚乙二醇，且該組分P為聚苯乙烯及/或其合金(alloy)，且其中經如此增強親水性的該固態非發泡或發泡聚苯乙烯之表面對水的靜態接觸角為5°至84°。
  2. 如申請專利範圍第1項之用途，其中該組成物Z為母料MB或混配物。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其中該組成物Z包含從0.06至90重量%之組分A和B的總和。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其中該組成物Z所含組分A、B兩者的重量比係組分A對組分B為從0.1至10.0。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其中該組成物Z包含0.2至30重量%的組分A，0.4至60重量%的組分B，10至99.4重量%的組分P，該重量%係以組成物Z的總重量為基準計。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其中該組成 物Z為混配物且包含0.0167至1.47重量%的組分A，0.0333至2.93重量%的組分B；95.6至99.95重量%的組分P；該重量%係以組成物Z的總重量為基準計。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其中該組成物Z為母料MB且包含1.5至30重量%的組分A，3至60重量%的組分B；10至95.5重量%的組分P；該重量%係以組成物Z的總重量為基準計。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其中組分A為C12-C18-烷基磺酸鹼金屬鹽。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其中組分P為苯乙烯均聚物、烷基苯乙烯均聚物或苯乙烯共聚物。
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