ЛЕГКОУДАЛЯЕМАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ПОЛИМЕРНЫЕ МИКРОСФЕРЫ
EASY-TO-REMOVE COMPOSITION CONTAINING POLYMER MICROSPHERES

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка претендует на приоритет и эффект изобретения в соответствии с предварительной заявкой на патент США с регистрационным номером 61/432,760, поданной 14 января 2011 г., содержание которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к синтезу полимеров и композициям продуктов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к облегчению удаления таких изделий, как использованные жевательные резинки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
После использования или переработки некоторые изделия становятся липкими. Примером такого изделия является жевательная резинка. После того как жевательная резинка разжевана и не уничтожена должным образом, то ее в характерном случае обнаруживают прилипшей, например, к тротуарам, строительным конструкциям или мебели. Удаление жевательной резинки с поверхности часто является трудной задачей, так как резинка в характерном случае растягивается и разрывается при попытке отделить ее от поверхности, при этом часть резинки остается на поверхности. В результате необходимо либо производить очистку поверхности, либо совершать другие действия для удаления резинки. Ненадлежащее уничтожение использованной жевательной резинки стало настолько значимой экологической проблемой, что в некоторых общественных местах, например в школах, и даже в целых государствах, например в Сингапуре, жевательная резинка запрещена.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения, описанные выше, не являются исчерпывающими и не ограничивают изобретение его точными формами, указанными в последующем описании. На самом деле, варианты осуществления настоящего изобретения выбраны и описаны для того, чтобы другие специалисты в данной области техники могли усвоить и понять принципы и способы осуществления настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к легкоудаляемой композиции, содержащей полимерные микросферы. Изобретение также относится к легкоудаляемому изделию, такому как жевательная резинка или каучуковая основа жевательной резинки, содержащему полимерные микросферы. Изобретение также относится к способам облегчения удаляемости жевательной резинки и каучуковых основ жевательной резинки. Также изобретение дополнительно относится к различным способам получения каучуковых основ жевательной резинки и жевательных резинок, содержащих полимерные микросферы.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения легкоудаляемая композиция содержит продукт суспензионной полимеризации этилгексилакрилата (ЭГА) и этилметакрилата (ЭМА). В другом варианте осуществления настоящего изобретения легкоудаляемую композицию используют в качестве части каучуковой основы жевательной резинки. В следующем варианте осуществления настоящего изобретения полимерное изделие содержит продукт суспензионной полимеризации этилгексилакрилата (ЭГА) и этилметакрилата (ЭМА).
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения композиция содержит продукт суспензионной полимеризации со следующими концентрациями:
(1) от примерно 60 масс.% до примерно 100 масс.% сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от 4 до 14 атомов углерода;
(2) от следовых количеств до примерно 40 масс.% сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от 1 до 3 атомов углерода; и
(3) от примерно 0 масс.% до примерно 20 масс.% полярных мономеров, которые могут быть сополимеризованы с по меньшей мере (1) или (2).
В другом варианте осуществления настоящего изобретения полимерное изделие содержит продукт суспензионной полимеризации со следующими концентрациями:
(1) от примерно 60 масс.% до примерно 100 масс.% сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от 4 до 14 атомов углерода;
(2) от следовых количеств до примерно 40 масс.% сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от 1 до 3 атомов углерода; и
(3) от примерно 0 масс.% до примерно 20 масс.% полярных мономеров, которые могут быть сополимеризованы с по меньшей мере (1) или (2).
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения композиция содержит продукт суспензионной полимеризации этилгексилакрилата (ЭГА) и положительного количества - до примерно 40 масс.% - этилметакрилата (ЭМА), и продукт не является токсичным при потреблении в пищу людьми.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из последующего подробного описания. Однако следует понимать, что подробное описание различных вариантов осуществления настоящего изобретения и специфические примеры его осуществления хотя и демонстрируют предпочтительные и прочие варианты осуществления настоящего изобретения, но приведены исключительно для иллюстрации и не ограничивают настоящее изобретение. Многочисленные изменения и модификации в пределах объема настоящего изобретения могут быть произведены без отклонения от его сущности, и изобретение охватывает все эти модификации.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Композиции и способы, раскрытые в данной работе, подробно описаны в примерах осуществления настоящего изобретения и со ссылкой на содержание данного раздела. Следует понимать, что возможны модификации раскрытых и описанных примеров, установок, конфигураций, компонентов, элементов, аппаратуры, способов, материалов и т.п., которые могут быть желательными для конкретной прикладной задачи. В данном описании любая идентификация конкретных форм, материалов, способов, установок и т.п. либо относится к конкретному приведенному примеру, либо является лишь общим описанием такой формы, материала, способа, установки и т.п. Идентификация конкретных деталей или примеров не является обязательной или ограничивающей настоящее изобретение, и ее не следует считать таковой, если специально не оговорено иное. Далее подробно раскрыты и описаны избранные примеры композиций и способов.
Настоящее изобретение относится к легкоудаляемой композиции, содержащей полимерные микросферы. Микросферы могут быть синтезированы посредством суспензионной полимеризации акриловых мономеров и других полимеризуемых этиленовых мономеров. Характерные композиции содержат от примерно 60 масс.% до примерно 100 масс.% сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от примерно 4 до примерно 14 атомов углерода. Примерами сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от примерно 4 до примерно 14 атомов углерода, являются, но не ограничиваются ими, этилгексилакрилат (ЭГА, англ. аббревиатура - ЕНА от ethyl hexyl acrylate), бутилакрилат (БА, англ. аббревиатура - BA от butyl acrylate), изооктилакрилат (ИОА, англ. аббревиатура - IOA от isooctyl acrylate), лаурилакрилат, изоборнилакрилат и их комбинации. Композиции могут также содержать следовые количества или положительные количества - от примерно 0 масс.% до примерно 40 масс.% - сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от примерно 1 до примерно 3 атомов углерода. Примерами сложных эфиров метакриловой кислоты и спиртов, содержащих от примерно 1 до примерно 3 атомов углерода, являются, но не ограничиваются ими, метилакрилат (MA, methyl acrylate), этилакрилат (ЭА, англ. аббревиатура - ЕА от ethyl acrylate), пропилакрилат (ПА, англ. аббревиатура - РА от propyl acrylate), метилметакрилат (ММА, methyl methacrylate), этилметакрилат (ЭМА, англ. аббревиатура - ЕМА от ethyl methacrylate) и их комбинации. Дополнительно композиции могут также содержать от примерно 0 мас.% до примерно 20 масс.% полярных мономеров, которые могут быть сополимеризованы с вышеуказанными мономерами. Примерами полярных мономеров являются, но не ограничиваются ими, метакриловая кислота, метакриламид, гидроксиэтилметакрилаты, гидроксипропилметакрилаты, ди-, три-, тетра- и полиэтиленгликоля метакрилаты, ди-, три-, тетра- и полипропиленгликоля метакрилаты, метакрилаты сополимеров этиленгликоля и пропиленгликоля, N,N-диалкилакриламид, N-винилпирролидон и их комбинации.
В целом, полимеры, содержащие микросферы, могут содержать от примерно 0 масс.% до примерно 30 масс.% неполимеризуемых олигомеров и/или полимеров, которые добавлены в смеси мономеров. Олигомеры и полимеры могут быть гидрофобными или гидрофильными по своей природе. Микросферы могут также содержать добавленные впоследствии амфифильные, гидрофильные или гидрофобные полимеры или олигомеры для модификации свойств сцепления или удаляемости. Полимеры или олигомеры могут быть полимерами любого типа, например неупорядоченными, привитыми и/или блокполимерами.
Микросферы могут дополнительно содержать от примерно 0 масс.% до примерно 30 масс.% макромономеров, таких как полиэтиленоксида (ПЭО, РЕО - от англ. polyethylene oxide) акрилат, акрилированные этилен-бутилены, акрилированный полистирол и/или другие сходные материалы, которые добавляют вместе с мономерами и сополимеризуют, чтобы придать образующимся полимерам гидрофильность или гидрофобность и изменить механические и/или адгезионные свойства полимеров. Кроме этих добавляемых макромеров могут быть добавлены дополнительные усилители клейкости, пластификаторы и/или другие агенты, совместимые с указанными макромерами, для дополнительной модификации и избирательной адаптации свойств и характеристик полимерных микросфер. Кроме того, дополнительные пластификаторы, усилители клейкости и т.п. могут быть добавлены для дополнительной модификации и/или улучшения реологических свойств, удаляемости и/или совместимости микросфер. Это может быть выполнено либо перед полимеризацией посредством добавления таких агентов вместе с мономерами, представляющими интерес, либо после полимеризации.
Суспензионная полимеризация может быть инициирована свободнорадикальным инициатором. Примерами подходящих инициаторов являются, но не ограничиваются ими, бензоила пероксид и лауроила пероксид.
Суспензионные полимеризационные системы могут также содержать поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ и/или стабилизатор суспензии. Примерами поверхностно-активных веществ и стабилизаторов являются натрия лаурилсульфат, натрия моно- и диметилнафталенсульфонат, полисорбат 60, полисорбат 80, сорбитана моностеарат, гидроксипропилцеллюлоза, метилэтилцеллюлоза, плюроники, тетроники, полимеры и/или сополимеры этиленгликоля и/или пропиленгликоля и их простые и сложные моно- или диэфиры.
Необязательно полимеризационные смеси могут содержать буферы и/или электролиты, такие как натрия сульфат, мононатрия и динатрия фосфат и/или натрия акрилат.
Необязательно полимеризационные смеси могут содержать агенты обратимой передачи цепи и сшивающие агенты. Микросферы имеют диаметр частиц в диапазоне от примерно 5 микрометров до примерно 130 микрометров.
Микросферические полимеры могут быть частично поперечносшитыми и могут иметь гелеобразное содержимое, имеющее меру нерастворимой фракции в выбранном растворителе, таком как тетрагидрофуран (ТГФ, THF - от англ. tetrahydrofuran) или этилацетат, в диапазоне от примерно 30 масс.% до примерно 80 масс.%. Другими словами, микросферические полимеры могут быть частично растворимыми в выбранном растворителе. Однако следует понимать, что настоящее изобретение может включать использование микросферических полимеров с содержанием геля большим или меньшим, чем указанные количества.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения микросферы содержат гидрофобное ядро и гидрофобную поверхность. В другом варианте осуществления настоящего изобретения микросферы содержат гидрофобное ядро и гидрофильную поверхность. Настоящее изобретение охватывает обе конфигурации микросфер.
Для применений в жевательной резинке или сходных продуктах композиция должна быть безопасной для приема внутрь людьми при случайном проглатывании. Соответственно, остаточное содержание мономеров должно быть минимальным, и полимер не должен разлагаться на токсичные компоненты, определенные Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (U.S.F.D.A., от англ. United States Food and Drug Administration), в процессе жевания в ротовой полости человека или в пищеварительной системе. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения полимерные микросферы синтезируют посредством суспензионной полимеризации ЭГА и ЭМА.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения микросферы могут быть получены в присутствии буфера в количестве, достаточном для поддержания pH реакционной среды в диапазоне от примерно 6 до примерно 9,5, более предпочтительно - от примерно 7 до примерно 8.
На липкость и удаляемость композиции могут влиять температура стеклования и динамический модуль упругости при сдвиге микросфер. Если динамический модуль упругости при сдвиге низкий, микросферы являются мягкими и липкими. Если динамический модуль упругости при сдвиге высокий, когезионная прочность микросфер улучшается, причем в характерном случае они имеют большую твердость. Поэтому динамический модуль упругости при сдвиге можно оптимизировать для обеспечения баланса мягкости и когезионной прочности полимерного материала. Дополнительно в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура стеклования микросфер может лежать в диапазоне от примерно -70°C до примерно -20°C по результатам измерения посредством дифференциальной сканирующей калориметрии. Изобретение может также охватывать микросферы с температурой стеклования выше -20°C или ниже -70°C, которые удовлетворяют требованиям к липкости и удаляемости.
Настоящее изобретение также предусматривает каучуковую основу жевательной резинки. Каучуковая основа может содержать каучуковый компонент и полимерные микросферы, описанные в данной работе. Каучуковый компонент может содержать один или более натуральных латексных продуктов, обычно полученных из чикла, и/или различные синтетические каучуковые материалы, в основе которых может быть полиизобутилен. Каучуковая основа жевательной резинки может быть получена самыми разнообразными способами. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения каучуковая основа может быть расплавлена при температуре, примерно равной 115°C, а затем профильтрована. Каучуковая основа может быть далее обработана посредством дополнительного фильтрования и другого вида обработки, например - центрифугирования. После получения относительно прозрачной основы добавляют дополнительные ингредиенты. Неограничивающими примерами таких ингредиентов являются сахар, подсластители, кукурузный сироп, глюкоза, умягчители, пищевые красители, вкусовые добавки, консерванты и другие агенты, известные в данной области техники. Полимерные микросферы могут быть включены в каучуковую основу во время добавления одного или более из этих ингредиентов. Однако настоящее изобретение охватывает способ, в котором микросферы включают полностью или частично в ходе отдельной операции до или после добавления вышеуказанных ингредиентов.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения содержание твердых веществ микросфер в воде может лежать в диапазоне от примерно 20 масс.% до примерно 55 масс.%. Микросферы могут быть высушены и смешаны с другой частью каучуковой основы, например, в процессе формования из расплава. Опять-таки, следует понимать, что для объединения или иного включения микросфер в каучуковую основу или основу другой композиции продукта могут быть использованы другие способы и стратегии.
Микросферы должны быть включены в жевательную резинку или каучуковую основу в эффективном количестве. Термин «эффективное количество» при использовании в контексте настоящего изобретения относится к количеству или доле микросфер, которые приведут к тому, что жевательная резинка или каучуковая основа будут легче удаляться с поверхности. Верхний предел количества или доли микросфер является таким, чтобы не было оказано вредное влияние на вкус, жевательные характеристики и/или привлекательность жевательной резинки для покупателей. Хотя авторы изобретения не желают быть связанными определенным количеством, в характерном случае микросферы могут быть использованы в композиции жевательной резинки в количестве, лежащем в диапазоне от примерно 1 масс.% до примерно 45 масс.%, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения - от примерно 5 масс.% до примерно 40 масс.%, в пересчете на общую массу композиции жевательной резинки. Настоящее изобретение может охватывать использование количеств, больших или меньших указанных значений.
Следующий пример приведен для дополнительной иллюстрации различных вариантов осуществления и аспектов настоящего изобретения. Настоящее изобретение никоим образом не ограничено каким-либо конкретным аспектом или признаком, описанным в данной работе.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Для формирования микросфер был использован реактор. Была использована однолопастная крыльчатка. Рубашку реактора отсоединяли от водяной бани, и баню нагревали до 65°C. В реактор помещали 320 граммов деионизированной воды. Затем в атмосфере азота с водой смешивали 0,79 граммов динатрия фосфата (безводного) и 3,18 граммов мононатрия фосфата (моногидрата). Затем добавляли 198 граммов 2-этилгексилакрилата, 52 грамма этилметакрилата и 1,85 граммов лауроила пероксида и перемешивали до полного растворения всех компонентов. Без взбалтывания пропускали азот через жидкость в реакторе с использованием тефлоновой трубки в течение 15 минут. Затем трубку вынимали из жидкости. К смеси добавляли 31 грамм 10%-ного раствора натрия лаурилсульфата и 40 граммов деионизированной (ДИ) воды использовали для промывки раствора. Затем начинали перемешивание со скоростью 400 об/мин. Начинали продувку азотом. Рубашку, температуру которой поддерживали равной 65°C, присоединяли к реактору. Через час температуру рубашки повышали до 75°C и поддерживали в течение трех часов. Затем температуру рубашки повышали до 85°C и поддерживали в течение трех часов. После этого рубашку охлаждали до температуры ниже 40°C. Конечное значение pH было равно 7,1, диаметр частиц был равен 33 микрометрам, содержание геля составляло 48%, содержание твердых веществ было равно примерно 40%, а остаточное содержание мономеров было ниже 0,05%. Температура стеклования полученных микросфер была равна 60°C по результатам измерения посредством дифференциальной сканирующей калориметрии со скоростью нагрева, равной 5°C/мин. После полимеризации суспензию на водной основе можно было очистить для удаления поверхностно-активного вещества и других водорастворимых молекул несколькими способами, например - посредством диализа, ультрафильтрации или с использованием некоторых других способов промывки и очистки, известных в данной области техники.
Содержание геля были измерено в соответствии со следующим способом: примерно 50 мг образца взвешивали на предварительно взвешенной полипропиленовой фильтровальной бумаге с размером ячеек, равным 10 микрометрам, производства компании Millipore Corporation, Бедфорд, Массачусетс. Записывали массу фильтровальной бумаги W1 и массу образца W2. Фильтровальную бумагу складывали с получением полулунной формы и герметично запаивали по периферии с получением пакета с образцом, который затем помещали в сцинтилляционный флакон объемом 22 мл, заполненный тетрагидрофураном (ТГФ). Флакон переворачивали в течение двух дней. Затем пакет с образцом вынимали из флакона, промывали тем же растворителем, помещали в металлическую банку, закрывали банку крышкой и ставили банку в термостат с температурой 90°C на 3 часа. После сушки образец снова взвешивали и регистрировали его массу W3. Испытание повторяли три раза. Содержание геля, выраженное в %, рассчитывали по следующей формуле:
Содержание геля=(W3-W1)/W2×100
Все признаки, раскрытые в данной работе, включая формулу изобретения и реферат, и все стадии любого раскрытого способа или процесса, могут быть объединены в любой комбинации, за исключением комбинаций, для которых по меньшей мере некоторые из этих признаков и/или стадий являются взаимоисключающими. Любой признак, раскрытый в данной работе, включая формулу изобретения и реферат, может быть заменен альтернативными признаками, обеспечивающими выполнение той же, эквивалентной или сходной задачи, если в явном виде не указано иное. Таким образом, если в явном виде не указано иное, любой признак является лишь примером родовой серии эквивалентных или сходных признаков.
Предшествующее подробное описание настоящего изобретения предназначено лишь для целей иллюстрации, и оно не является исчерпывающим или ограничивающим настоящее изобретение конкретными описанными вариантами его осуществления. Варианты осуществления могут обеспечивать различные возможности и преимущества, в зависимости от конфигурации, использованной для осуществления основных признаков настоящего изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения определен приведенной ниже формулой изобретения.