МНОГОСЛОЙНЫЙ КОНТЕЙНЕР С УЛУЧШЕННЫМИ ГАЗОБАРЬЕРНЫМИ СВОЙСТВАМИ
MULTILAYER CONTAINER WITH IMPROVED GAS-BARRIER PROPERTIES

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка претендует на приоритет и эффект изобретения согласно 35 U.S.C. § 119(е) в соответствии с предварительной заявкой на патент США с регистрационным номером 60/825,861, поданной 15 сентября 2006 г., содержание которой полностью включено в настоящую работу посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к контейнеру с улучшенными газобарьерными свойствами, в частности к улучшению барьерных свойств против диоксида углерода и кислорода контейнера для упакованных прохладительных напитков, за счет чего увеличивается срок хранения его содержимого.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Полиэтилентерефталат и его сополиэфиры (далее объединенные под общим названием «ПЭТ», англоязычная аббревиатура - ″PET″) широко используются для изготовления контейнеров для газированных безалкогольных напитков, сока, воды и т.п. благодаря превосходному сочетанию прозрачности, механических и газобарьерных свойств. Несмотря на эти желательные характеристики, недостаточные газобарьерные свойства ПЭТ для кислорода и диоксида углерода ограничивают применение ПЭТ для производства контейнеров малого объема, а также для упаковки чувствительных к кислороду продуктов, таких как пиво, сок и продукты на основе чая. В упаковочной промышленности существует неоднократно упоминавшаяся в литературе потребность в дальнейшем улучшении газобарьерных свойств ПЭТ.
Относительно высокая проницаемость ПЭТ для диоксида углерода ограничивает использование ПЭТ-контейнеров малого объема для упаковки газированных безалкогольных напитков. Скорость проникновения диоксида углерода через ПЭТ-контейнеры лежит в диапазоне от 3 до 14 куб. см в день, что соответствует скорости потерь, составляющей 1,5-2 процента в неделю, при комнатной температуре и в зависимости от размеров контейнера. Небольшие контейнеры имеют большее отношение площади поверхности к объему, что приводит к более высокой относительной скорости потерь. По этой причине ПЭТ-контейнеры в настоящее время используются для упаковки газированных безалкогольных напитков только в виде контейнеров большого размера, тогда как в качестве контейнеров малого размера для газированных безалкогольных напитков обычно выбирают металлические банки и стеклянные контейнеры.
Количество диоксида углерода, оставшееся в упакованном газированном безалкогольном напитке, определяет срок его хранения. Обычно контейнеры с газированными безалкогольными напитками заполняют из расчета примерно четырех объемов диоксида углерода на один объем воды. Обычно принимают, что упакованный газированный безалкогольный напиток достигает конца срока годности, когда 17,5 процентов диоксида углерода в контейнере теряется за счет проникновения диоксида углерода через боковые стенки и крышку контейнера. Поэтому проницаемость ПЭТ для диоксида углерода определяет срок годности упакованного газированного прохладительного напитка, а значит - и пригодность ПЭТ как упаковочного материала.
Разработано и разрабатывается много технологий для повышения барьерных свойств ПЭТ против мелких молекул газов. Например, для улучшения газобарьерных свойств ПЭТ-контейнеров были разработаны наружные или внутренние покрытия. Слой покрытия обычно является слоем с очень хорошими барьерными свойствами, органическим или неорганическим, и он замедляет диффузию газов. Однако внедрение этой технологии требует оборудования для нанесения покрытий, которое обычно не используется при производстве упакованных прохладительных напитков и поэтому требует значительных капиталовложений, повышенного расхода энергии и больших производственных площадей. На многих фабриках по упаковке прохладительных напитков, которые уже перегружены, дополнительного пространства нет.
Как сообщалось, для повышения модуля упругости и газобарьерных свойств за счет механизма антипластификации в полимеры включали барьерные добавки. Однако в этих случаях структура контейнера представляет собой монослой.
В публикации международной заявки WO 01/12521 Plotzker et al. предложили использование добавок, выбранных из 4-гидроксибензоатов и родственных молекул, для улучшения газобарьерных свойств ПЭТ. В этой публикации описаны барьерные добавки следующей структуры:
HO-AR-COOR, HO-AR-COOR1COO-AR-OH, HO-AR-CONHR,
HO-AR-CO-NHR3-COO-AR-OH, HO-AR-CONHR2NHCO-AR-OH
В приведенной выше структуре AR выбран из замещенного или незамещенного фенилена или нафталена, a R1, R2 и R3 выбраны из группы, состоящей из С1-С6-алкильных групп, фенильной группы и нафтильной группы.
Указанные добавки, известные из предшествующего уровня техники, обеспечивают лишь умеренное улучшение барьерных свойств ПЭТ - менее чем в 2,1 раза (X) в качестве барьера для кислорода для наилучших образцов при содержании добавки, равном 5 массовым процентам. Однако при таком содержании добавки ПЭТ испытывает значительную деградацию и значительное снижение внутренней вязкости (IV). Хотя снижение концентрации добавки снижает и деградацию ПЭТ, оно также снижает показатель улучшения барьерных свойств - настолько, что отсутствует реальная выгода от использования этих добавок при упаковке газированных безалкогольных напитков или продуктов питания, чувствительных к кислороду. Дополнительное снижение внутренней вязкости происходит в тех случаях, когда добавки содержат функциональные группы, способные реагировать с ПЭТ и вызывать разрушение полимеров со снижением молекулярной массы. Добавки с химически активными функциональными группами обычно более растворимы в ПЭТ, и поэтому не вызывают помутнения бутылки. ПЭТ со значительно меньшей внутренней вязкостью нельзя использовать для изготовления контейнеров посредством формования выдуванием, таких как контейнеры для прохладительных напитков. Кроме того, ПЭТ с низкой внутренней вязкостью придает контейнерам плохие механические свойства, такие как ползучесть, низкая ударопрочность и т.п. Также ПЭТ-контейнеры, изготовленные из ПЭТ с низкой внутренней вязкостью, имеют плохую устойчивость к растрескиванию под действием напряжения, что нежелательно в прикладных задачах, связанных с контейнерами.
Для улучшения газобарьерных свойств ПЭТ модифицировали или смешивали с другими компонентами. Примерами являются сополимеры или смеси полиэтиленнафталата (PEN) и ПЭТ, ПЭТ, модифицированный изофталатом (IPA), ПЭТ, смешанный с полиэтиленизофталатом (PEI) или полиамидом, таким как нейлон, и ПЭТ, модифицированный диолами на основе резорцина. Для того чтобы сополимер ПЭТ достиг среднего улучшения барьерных свойств в 2 раза или больше, модификатор обычно должен составлять более 10-20 массовых или мольных процентов от общего количества сомономеров. Если ПЭТ модифицирован на таком высоком уровне, то резко изменяются характеристики ПЭТ при растяжении, так что заготовки ПЭТ-контейнеров обычной формы нельзя использовать для производства контейнеров. Использование этих сополимеров ПЭТ для формования стандартных заготовок для ПЭТ-контейнеров приводит к получению заготовок, которые невозможно полностью растянуть, и поэтому из них очень трудно или вообще невозможно изготовить конечные контейнеры. Даже если удается изготовить такой контейнер, то он не проявляет улучшенных барьерных характеристик, а демонстрирует ухудшение физических свойств, так что его нельзя использовать для упаковки газированных безалкогольных напитков. В патентах US 5888598 и US 6150450 описаны заготовки для ПЭТ-контейнеров новой конструкции с более толстыми боковыми стенками для компенсации повышенного относительного удлинения. Однако эта более толстая заготовка требует новых форм, что требует дополнительных капиталовложений. Более толстая заготовка также производится с более низкой производительностью, поскольку требуется больше времени для охлаждения и нагревания более толстостенной заготовки. Кроме того, смеси ПЭТ с полиамидами, такими как нейлон, с течением времени желтеют и мутнеют, а не остаются прозрачными, как стандартный ПЭТ.
Также были разработаны многослойные контейнеры, содержащие слой с высокими барьерными свойствами, заключенный между двумя или более слоями ПЭТ. Материалом, используемым для слоя с высокими барьерными свойствами, обычно является полимер, отличающийся от ПЭТ, такой как нейлон, полигликолевая кислота, EVOH (сополимер этилена и винилового спирта), PEN и т.п. Из-за этого различия материалов y многослойных контейнеров часто возникают проблемы с расслоением, которое влияет на внешний вид, а также на барьерные и механические свойства контейнеров.
Таким образом, в данной области техники существует потребность в улучшении барьерных свойств ПЭТ для использования в таких прикладных задачах, которые требуют улучшенных барьерных свойств, например - при упаковке газированных прохладительных напитков и чувствительных к кислороду напитков и продуктов питания, таким способом, который не вызывал бы значительной деградации ПЭТ, не оказывал бы значительного влияния на относительное удлинение ПЭТ при растяжении и не оказывал бы негативного влияния на прозрачность ПЭТ.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение удовлетворяет вышеописанные потребности за счет создания полимерного контейнера с улучшенными газобарьерными свойствами.
В частной форме осуществления настоящего изобретения многослойный контейнер состоит из по меньшей мере двух наружных слоев, содержащих полимерный матрикс, и по меньшей мере одного барьерного слоя, расположенного между по меньшей мере двумя наружными слоями. По меньшей мере один барьерный слой состоит из первой полимерной композиции, содержащей полимерный матрикс, и низкомолекулярной добавки. В другой частной форме осуществления настоящего изобретения многослойный контейнер содержит по меньшей мере один промежуточный слой между по меньшей мере одним барьерным слоем и по меньшей мере двумя наружными слоями.
Частные формы осуществления настоящего изобретения предусматривают полимерные контейнеры, например - полиэфирные контейнеры, с улучшенными газобарьерными свойствами и, в частности, с улучшенными газобарьерными свойствами против диоксида углерода и кислорода. Это делает некоторые формы осуществления настоящего изобретения особенно хорошо подходящими для упаковки газированных безалкогольных напитков и чувствительных к кислороду прохладительных напитков и продуктов питания. Частные формы осуществления настоящего изобретения обеспечивают этот улучшенный барьер для газов без потери приемлемых физических свойств и прозрачности.
Другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания и формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг.1 представляет собой вид в разрезе формованной заготовки контейнера, полученной согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой вид в разрезе контейнера, сформованного выдуванием, изготовленного из заготовки, изображенной на Фиг.1, согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 представляет собой вид в перспективе упакованного прохладительного напитка, изготовленного согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет собой поперечный разрез через слои многослойного контейнера в случае 3-слойного контейнера (А), 5-слойного контейнера (В) и 7-слойного контейнера (С) согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 является блок-схемой системы для изготовления полимерного контейнера с улучшенными газобарьерными свойствами согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к полимерному контейнеру с улучшенными газобарьерными свойствами и к способу изготовления полимерного контейнера с улучшенными газобарьерными свойствами. Формы осуществления настоящего изобретения, включая структуру и композицию контейнера, способы его изготовления и их применения описаны ниже и иллюстрированы прилагаемыми чертежами.
Настоящее изобретение обеспечивает многослойный контейнер с улучшенными газобарьерными свойствами. Как хорошо известно специалисту в данной области техники, как однослойные, так и многослойные контейнеры можно изготовить посредством формования выдуванием заготовки контейнера. Примеры подходящих структур заготовок и контейнеров описаны в патенте US 5888598, содержание которого полностью включено в настоящую работу посредством ссылки.
Согласно различным формам осуществления настоящего изобретения, заготовка контейнера 12 изображена на Фиг.1, а контейнер 14, изготовленный из такой заготовки, изображен на Фиг.2 и Фиг.3. Эта заготовка 12 изготовлена посредством инжекционного формования полимерного матрикса и содержит горлышко с резьбой 112, которое на нижнем конце заканчивается несущим кольцом 114. Ниже несущего кольца 114 находится по существу цилиндрический участок 116, который переходит в участок 118 с постепенно увеличивающимся наружным диаметром, так что толщина стенки также увеличивается. Ниже участка 118 находится удлиненный участок тела бутылки 120.
Заготовку 12, изображенную на Фиг.1, можно формовать с раздувом и вытяжкой с получением контейнера 14. Контейнер 14 состоит из оболочки 124, содержащей горлышко с резьбой 126, ограничивающее выходное отверстие 128, несущее кольцо 130 под горлышком с резьбой, конический участок 132, отходящий от несущего кольца, тело контейнера 134, находящееся ниже конического участка, и дно 136 в нижней части контейнера. Контейнер 14 пригоден для использования при производстве упакованного прохладительного напитка 138, как показано на Фиг.3. Упакованный прохладительный напиток 138 представляет собой прохладительный напиток (например - газированную воду), находящийся в контейнере 14; при этом крышка 140 герметически закрывает отверстие 128 контейнера.
Заготовка 12, контейнер 14 и упакованный прохладительный напиток 138 являются лишь примерами прикладных задач, в которых могут использоваться заготовки согласно настоящему изобретению. Следует понимать, что способ и аппаратуру согласно настоящему изобретению можно использовать для изготовления заготовок и контейнеров, имеющих различные конфигурации. Подходящими контейнерами являются, но не ограничиваются этим, бутылки, цилиндрические контейнеры, графины, ведерки для охлаждения и т.п.
Контейнер 14 предпочтительно состоит из нескольких слоев и может содержать любое количество слоев, которое ограничивается только возможностями имеющегося в распоряжении соэкструзионного оборудования. На Фиг.4А, 4В и 4С изображены многочисленные слои контейнера согласно различным формам осуществления настоящего изобретения. В частной форме осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит, по меньшей мере, два наружных слоя, составляющих от примерно 99 до примерно 20 процентов от массы контейнера, и один или более барьерных слоев, составляющих от примерно 1 до примерно 80 процентов от массы контейнера. В другой частной форме осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит, по меньшей мере, два наружных слоя, составляющих от примерно 99 до примерно 60 процентов от массы контейнера, и один или более барьерных слоев, составляющих от примерно 1 до примерно 40 процентов от массы контейнера. В еще одной частной форме осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит, по меньшей мере, два наружных слоя, составляющих от примерно 99 до примерно 80 процентов от массы контейнера, и один или более барьерных слоев, составляющих от примерно 1 до примерно 20 процентов от массы контейнера.
В частной форме осуществления изобретения, изображенной на Фиг.4А, контейнер 14 содержит два наружных слоя 210, 212 и один барьерный слой 214. Наружные слои 210, 212 помогают поддерживать структурную целостность контейнера 14, тогда как барьерный слой 214 улучшает газобарьерные свойства контейнера. Обычно два наружных слоя 210, 212 состоят из полимерного матрикса или полимерного матрикса, содержащего повторно используемый (регенерированный или рециркулированный) материал, тогда как один барьерный слой 214 состоит из первой полимерной композиции, содержащей полимерный матрикс или полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, и низкомолекулярную добавку. Составы слоев более подробно обсуждаются ниже.
В другой частной форме осуществления настоящего изобретения, изображенной на Фиг.4В, контейнер 14 содержит два наружных слоя 220, 222, один или более барьерных слоев и один или более промежуточных слоев 224-228. Как описано выше, наружные слои 220, 222 помогают поддерживать структурную целостность контейнера 14 и препятствуют выходу низкомолекулярной добавки из одного или более барьерных слоев, тогда как один или более барьерных слоев 224-228 улучшают газобарьерные свойства контейнера. Один или более промежуточных слоев 224-228 могут выполнять несколько функций, например - обеспечивать дополнительную структурную целостность контейнера 14 в том случае, если два наружных слоя 220, 222 и один или более барьерных слоев 224-228 скрепляет адгезив (клей), или обеспечивать дополнительное улучшение газобарьерных свойств контейнера. В одной из форм осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит один барьерный слой 224 и два промежуточных слоя 226, 228. В другой форме осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит два барьерных слоя 226, 228 и один промежуточный слой 224. Следует понимать, что один или более барьерных слоев и один или более промежуточных слоев 224-228 могут быть размещены между двумя наружными слоями 220, 222 контейнера 14 в любом порядке, признанном пригодным специалистом в данной области техники, как показано в Таблице 1. Как описано выше, два наружных слоя 220, 222 обычно содержат полимерный матрикс или, необязательно, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, тогда как один или более барьерных слоев 224-228 содержат первую полимерную композицию, содержащую полимерный матрикс или, необязательно, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, и низкомолекулярную добавку. Один или более промежуточных слоев 224-228, независимо друг от друга, могут содержать полимерный матрикс, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, полимерный матрикс с добавкой, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал и добавку, или адгезивный (клеевой) слой.
Таблица 1
5-слойный контейнер
7-слойный контейнер
Наружный слой
Наружный слой
Барьерный/промежуточный слой
Барьерный/промежуточный слой
Барьерный/промежуточный слой
Барьерный/промежуточный слой
Барьерный/промежуточный слой
Барьерный/промежуточный слой
Барьерный/промежуточный слой
Наружный слой
Барьерный/промежуточный слой
Наружный слой
В следующей частной форме осуществления настоящего изобретения, изображенной на Фиг.4С, контейнер 14 состоит из двух наружных слоев 230, 232, одного или более барьерных слоев и одного или более промежуточных слоев 234-242. Как описано для предыдущей формы осуществления настоящего изобретения, наружные слои 230, 232 поддерживают структурную целостность контейнера 14 и препятствуют выделению низкомолекулярной добавки из одного или более барьерных слоев 234-242, тогда как один или более барьерных слоев 234-242 улучшают газобарьерные свойства контейнера. Один или более промежуточных слоев 234-242 могут выполнять несколько функций, например - обеспечивать дополнительную структурную целостность контейнера 14 в том случае, если два наружных слоя 230, 232, один или более барьерных слоев 234-242 и другие промежуточные слои 234-242 скрепляет друг с другом адгезив (клей), или обеспечивать дополнительное улучшение газобарьерных свойств контейнера. В одной из форм осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит один барьерный слой 234 и четыре промежуточных слоя 236-242. В другой форме осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит два барьерных слоя 236, 238 и три промежуточных слоя 232, 240, 242. В еще одной форме осуществления настоящего изобретения контейнер 14 содержит три барьерных слоя 234, 240, 242 и два промежуточных слоя 236, 238. Следует понимать, что один или более барьерных слоев и один или более промежуточных слоев 234-242 могут быть размещены между двумя наружными слоями 230, 232 контейнера 14 в любом порядке, признанном пригодным специалистом в данной области техники, как показано в Таблице 1. Как описано выше, два наружных слоя 230, 232 обычно содержат полимерный матрикс или, необязательно, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, тогда как один или более барьерных слоев 234-242 содержат первую полимерную композицию, содержащую полимерный матрикс или, необязательно, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, и низкомолекулярную добавку. Наружные слои 210, 212 также ингибируют выход низкомолекулярной добавки из барьерного слоя 214. Низкомолекулярная добавка может быть летучей, и в некоторых формах осуществления настоящего изобретения она может диффундировать в атмосферу, если не будет наружных слоев 210, 212. Один или более промежуточных слоев 234-242, независимо друг от друга, могут содержать полимерный матрикс, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, полимерный матрикс с добавкой, полимерный матрикс, содержащий повторно используемый материал, с добавкой или адгезивный (клеевой) слой.
Подходящие полимеры для использования в наружных слоях различных форм осуществления настоящего изобретения могут включать в себя любой полимер с температурой плавления или температурой обработки, превышающей 100°С. Не ограничивающими объем изобретения примерами являются сложные полиэфиры, полиамиды, полиолефины, полилактиды, полиимиды и их сополимеры. В частной форме осуществления настоящего изобретения полимерный матрикс содержит ПЭТ. Подходящими полимерами для использования в промежуточных или барьерных слоях различных форм осуществления настоящего изобретения являются полимеры с температурами стеклования, превышающими комнатную температуру. Не ограничивающими объем изобретения примерами являются сложные полиэфиры, сополимеры сложных полиэфиров, полиамиды, полиэтиленнафталат (PEN), полиэтиленизофталат, их сополимеры и т.п. Особо предпочтительны сополимеры ПЭТ, поскольку они используются во многих прикладных задачах, требующих барьерных свойств, например - в пленках и контейнерах.
Сополимеры ПЭТ, пригодные для использования в различных формах осуществления настоящего изобретения, содержат диоловый компонент, содержащий повторяющиеся мономеры этиленгликоля, и дикислотный компонент, содержащий повторяющиеся мономеры терефталевой кислоты. В частных формах осуществления настоящего изобретения сополимер ПЭТ содержит менее 20 процентов дикислотной модификации, менее 10 процентов гликолевой модификации или и то, и другое, в пересчете на 100 молярных процентов дикислотного компонента и 100 молярных процентов диолового компонента, соответственно. Такие сополимеры ПЭТ хорошо известны. Сополимеры ПЭТ, пригодные для использования в различных формах осуществления настоящего изобретения, также могут содержать сложный полиэфир, пригодный для повторного использования.
Полимеры, включая сложные полиэфиры, такие как сополимеры ПЭТ, имеют свободное пространство между полимерными цепями. Как известно специалистам в данной области техники, размеры свободного пространства в полимерах, например - в сополимерах ПЭТ, определяют их барьерные свойства против молекул газа. Чем меньше свободное пространство, тем меньше диффузия газа и тем выше барьер для молекул газа. Поэтому желательно, чтобы один или более барьерных слоев в различных формах осуществления настоящего изобретения содержали низкомолекулярную добавку, которая по меньшей мере частично распределена в свободном пространстве между цепями полимера первой полимерной композиции. Не желая быть связанными теорией, авторы изобретения все же полагают, что низкомолекулярная добавка в полимерном матриксе выполняет роль антипластификатора, устраняя свободное пространство, препятствуя за счет этого вращению цепей полимера и улучшая барьерные свойства полимерной композиции.
Низкомолекулярная добавка улучшает барьерные свойства контейнера в том случае, если она присутствует в контейнере в количестве, лежащем в диапазоне от примерно 0,2 до примерно 10 процентов от массы контейнера. В другой форме осуществления настоящего изобретения низкомолекулярная добавка присутствует в контейнере в количестве, лежащем в диапазоне от примерно 2 до примерно 10 процентов от массы контейнера. В еще одной форме осуществления настоящего изобретения низкомолекулярная добавка присутствует в контейнере в количестве, лежащем в диапазоне от примерно 2 до примерно 5 процентов от массы контейнера.
Если низкомолекулярная добавка содержится в контейнере в количестве, превышающем 10 процентов от массы контейнера, то показатель улучшения барьерных свойств (BIF, от англ. «barrier improvement factor») значителен; однако ухудшаются свойства полимерной композиции, и формование контейнера затрудняется. BIF является мерой улучшения газобарьерных свойств (отношение скорости проникновения газа через полимерную композицию без добавки к скорости проникновения газа через полимерную композицию с добавкой). Не желая быть связанными теорией, авторы изобретения все же полагают, что в тех случаях, когда низкомолекулярная добавка присутствует в контейнере в количествах, значительно превышающих 10 процентов от массы контейнера, добавка действует как пластификатор, обеспечивая вращение полимерных цепей и снижая барьерные свойства полимерной композиции. Если низкомолекулярная добавка присутствует в контейнере в количествах, составляющих менее 0,2 процентов от массы контейнера, то BIF незначителен.
Процентное содержание низкомолекулярной добавки в по меньшей мере одном барьерном слое (а), доля по меньшей мере одного барьерного слоя от массы контейнера (b) и процентное содержание низкомолекулярной добавки в контейнере (с) связаны между собой следующим уравнением:
а·b=с.
Нижняя граница процентного содержания низкомолекулярной добавки в по меньшей мере одном барьерном слое (а) ограничена нижней границей доли по меньшей мере одного барьерного слоя от массы контейнера (b). Верхняя граница процентного содержания низкомолекулярной добавки в по меньшей мере одном барьерном слое (а) ограничена способностью низкомолекулярной добавки смешиваться с полимерным матриксом в первой полимерной композиции по меньшей мере одного барьерного слоя. Соответственно, в частной форме осуществления настоящего изобретения низкомолекулярная добавка присутствует в по меньшей мере одном барьерном слое контейнера в количестве, лежащем в диапазоне от примерно 0,25 до примерно 25 процентов от массы барьерного слоя; в другой форме осуществления настоящего изобретения - в количестве, лежащем в диапазоне от примерно 3,75 до примерно 25 процентов от массы барьерного слоя; и в следующей форме осуществления настоящего изобретения - в количестве, лежащем в диапазоне от примерно 3,75 до примерно 12,5 процентов от массы барьерного слоя.
В частной форме осуществления настоящего изобретения, если низкомолекулярная добавка присутствует в контейнере в количестве, составляющем от примерно 0,2 до примерно 10 процентов от массы контейнера, то низкомолекулярная добавка присутствует в барьерном слое в количестве, составляющем от примерно 0,25 до примерно 25 процентов от массы барьерного слоя. Кроме того, по меньшей мере два наружных слоя составляют от примерно 99 до примерно 60 процентов от массы контейнера, а по меньшей мере один барьерный слой составляет от примерно 1 до примерно 40 процентов от массы контейнера.
В следующей частной форме осуществления настоящего изобретения, если низкомолекулярная добавка присутствует в контейнере в количестве, составляющем от примерно 2 до примерно 10 процентов от массы контейнера, то низкомолекулярная добавка присутствует в барьерном слое в количестве, составляющем от примерно 3,75 до примерно 25 процентов от массы барьерного слоя. Кроме того, по меньшей мере два наружных слоя составляют от примерно 99 до примерно 80 процентов от массы контейнера, а по меньшей мере один барьерный слой составляет от примерно 1 до примерно 20 процентов от массы контейнера.
В следующей частной форме осуществления настоящего изобретения, если низкомолекулярная добавка присутствует в контейнере в количестве, составляющем от примерно 2 до примерно 5 процентов от массы контейнера, то низкомолекулярная добавка присутствует в барьерном слое в количестве, составляющем от примерно 3,75 до примерно 12,5 процентов от массы барьерного слоя. Кроме того, по меньшей мере два наружных слоя составляют от примерно 99 до примерно 60 процентов от массы контейнера, а по меньшей мере один барьерный слой составляет от примерно 1 до примерно 40 процентов от массы контейнера.
Многослойный контейнер, содержащий по меньшей мере один барьерный слой с высоким содержанием добавки, может позволить избежать многих негативных последствий, обычно связанных с использованием высоких уровней добавки. Прежде всего, поскольку такие характеристики, как модуль упругости, относительное удлинение, максимальная загрузка, отчасти определяются наружными и промежуточными слоями контейнера, которые содержат малое количество или вообще не содержат барьерной добавки, то наружные и промежуточные слои контейнера компенсируют негативное влияние одного или более барьерных слоев, которое они оказывали бы на механические свойства контейнера в противном случае.
Недостатки, часто присущие многослойным контейнерам, можно устранить за счет использования во всех слоях сходных материалов, что может минимизировать или устранить риск расслоения и связанные с этим негативные эффекты. Кроме того, можно получить преимущества многослойного контейнера при использовании в барьерном слое таких добавок, которые были бы слишком летучими при включении их в однослойный контейнер. Обычно использование летучих добавок в контейнерах приводит к загрязнению форм и в конечном итоге - к ухудшению качества деталей, которое оказывает влияние как на внешний вид, так и на эксплуатационные характеристики контейнеров. Например, традиционное инжекционное формование полимеров с высокими температурами плавления и обработки, таких как ПЭТ, с низкомолекулярными добавками приводит к значительному загрязнению формы, которое происходит за счет отложения материала на поверхностях аппаратуры для инжекционного формования во время обработки полимеров. Загрязнение форм снижает срок эксплуатации аппаратуры для инжекционного формования, что приводит к весьма дорогостоящим перерывам в производстве для очистки. Использование многослойного контейнера может значительно уменьшить или устранить загрязнение форм, вызванное низкомолекулярными добавками, поскольку низкомолекулярная добавка заключена между двумя наружными слоями, не содержащими низкомолекулярной добавки, что препятствует контакту между низкомолекулярной добавкой и поверхностями аппаратуры для инжекционного формования.
Как описано выше, первая полимерная композиция по меньшей мере одного барьерного слоя предпочтительно содержит низкомолекулярную добавку. Обычно низкомолекулярная добавка представляет собой соединение с молекулярной массой менее примерно 2000 дальтон, менее примерно 1500 дальтон или менее примерно 1000 дальтон. В частной форме осуществления настоящего изобретения низкомолекулярная добавка представляет собой сложный эфир, сложный диэфир или сложный полиэфир ароматической или алифатической природы; амид, диамид или полиамид ароматической или алифатической природы, не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры которых включают в себя ацетанилид, терефталамид и нейлон 6; циклический сложный эфир с одной или более сложноэфирными группами, не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры которых включают в себя лактон, полилактон, капролактон и лактид; циклический амид с одной или более амидными группами, не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры которых включают в себя лактам, полилактам, капролактам и аланинангидрид; или их смеси.
В частной форме осуществления настоящего изобретения низкомолекулярная добавка представляет собой производное пурина, описанное в находящейся на рассмотрении непредварительной заявке на патент США с регистрационным номером 11/532,361, поданной 15 сентября 2006 г. под названием «Контейнер и композиция с улучшенными газобарьерными свойствами», которая претендует на приоритет и эффект изобретения в соответствии с предварительной заявкой на патент США с регистрационным номером 60/723,751, поданной 15 октября 2005 г. авторами изобретения Yu Shi et al. Содержание этих заявок на патенты полностью включено в настоящую работу посредством ссылки.
Производное пурина имеет химическую структуру согласно Формуле I:
1
3
5
7
где R, R, R и R, независимо друг от друга, содержат водород, ариламино-, алкокси-, арилокси», алкенильную, алкинильную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу;
1
1
2
где t, t, x, x, x, y и z, независимо друг от друга, являются одинарной связью или двойной связью; где t', x', y' и z', независимо друг от друга, равны 0 или 1; где x”, y'' и w”, независимо друг от друга, равны 1 или 2;
1
1
2
2
1
1
1
1
2
1
1
где, если х является двойной связью, то x является одинарной связью; где, если x является двойной связью, то х и x являются одинарными связями; где, если x является двойной связью, то x и t являются одинарными связями; где, если t является двойной связью, то t и z являются одинарными связями; где, если z является двойной связью, то t является одинарной связью; где, если t является двойной связью, то t и x являются одинарными связями; где, если х является двойной связью, то х' равно 0; где, если х или x является двойной связью, то х” равно 1; где, если y является двойной связью, то y' равно 0, а y” равно 1; где, если t или t является двойной связью, то t' равно 0; где, если z и t являются одинарными связями, то w' равно 2; где, если z или t является двойной связью, то w' равно 1; где, если z является двойной связью, то z' равно 0; где, если х, y или z, независимо друг от друга, являются одинарными связями, то х', y' или z', независимо друг от друга, равны 1;
2
4
6
где R, R и R, независимо друг от друга, могут быть группировками, присоединенными одинарной или двойной связью;
2
4
6
2
4
6
где, если R, R или R является группировкой, присоединенной одинарной связью, то R, R и R, независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу;
2
4
6
2
4
6
8
9
2
10
8
9
10
где, если R, R или R является группировкой, присоединенной двойной связью, то R, R или R, независимо друг от друга, включают кислород, серу, CRR, SO или NR; R и R, независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу; и R включает водород, ариламино-, алкокси- арилокси-, алкенильную, алкинильную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу;
2
4
6
где, если х'' равно 2, обе группировки R могут быть одинаковыми или различными; где, если y” равно 2, обе группировки R могут быть одинаковыми или различными; и где, если w' равно 2, обе группировки R могут быть одинаковыми или различными.
Группировки, описанные выше, как известно специалисту в данной области техники, могут быть дополнительно замещены водородом, галогеном, гидроксильной, амино-, амидо-, алкиламино-, ариламино-, алкокси-, арилокси-, нитро-, ацильной, алкенильной, алкинильной, циано-, сульфо-, сульфатной, меркапто-, имино-, сульфонильной, сульфенильной, сульфинильной, сульфамоильной, фосфонильной, фосфинильной, фосфорильной, фосфино-, тиосложноэфирной, тиоэфирной, ангидридной, оксимно-, гидразино-, карбамильной группой, фосфоновой кислотой, фосфонатной и любой другой подходящей функциональной группой.
В одной из форм осуществления соединения с Формулой I производное пурина является 7Н-пурином, имеющим химическую структуру:
2
1
1
2
4
5
6
где х, x, y и t являются двойными связями; где x, t и z являются одинарными связями; где х', y' и t' равны 0; где х”, y”, z” и w” равны 1; и где R, R, Rи R являются водородом.
В другой форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле II
1
1
2
2
4
8
9
2
10
1
3
5
6
где t, х, x, y и z являются одинарными связями; где x и t являются двойными связями; где w', х', y', z', х” и y” равны 1; где t' равно 0; где R и R, независимо друг от друга, являются группировками, присоединенными двойной связью и включающими кислород, серу, CRR, SO или NR; и где R, R, R и R, независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В другой форме осуществления соединения с Формулой 1 производное пурина является теобромином - пуриндионом, имеющим химическую структуру:
1
1
2
1
2
2
4
3
5
где t, x, x, y и z являются одинарными связями; где x и t являются двойными связями; где w', х', y', z', x” и y” равны 1; где t' равно 0; где R и Rявляются водородом; где R и R являются кислородом; и где R и R являются метильными группами.
В другой форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является кофеином - пуриндионом, имеющим химическую структуру:
1
1
2
6
2
4
1
3
5
где t, х, x, y и z являются одинарными связями; где x и t являются двойными связями; где w', х', y', z', х” и y” равны 1; где t' равно 0; где R является водородом; где R и R являются кислородом; и где R, R и R являются метильными группами.
В еще одной форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является теофиллином - пуриндионом, имеющим химическую структуру:
1
1
2
5
6
2
4
1
3
где t, x, x, y и z являются одинарными связями; где x и t являются двойными связями; где w', x', y', z', x” и y” равны 1; где t' равно 0; где R и Rявляются водородом; где R и R являются кислородом; и где R и R являются метильными группами.
В еще одной форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является ксантином - пуриндионом, имеющим химическую структуру:
1
1
2
1
3
5
6
2
4
где t, x, x, y и z являются одинарными связями; где x и t являются двойными связями; где w', x', y', z', x” и y” равны 1; где t' равно 0; где R, R, R и Rявляются водородом; и где R и R являются кислородом.
В другой форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле III:
1
1
2
2
4
8
9
2
10
1
3
6
7
где х, x, y и t и t являются одинарными связями; где x и z являются двойными связями; где t', w', х', y', z', х” и y” равны 1; где z' равно 0; где R и R, независимо друг от друга, являются группировками, присоединенными двойной связью и включающими кислород, серу, CRR, SO или NR; и где R, R, R и Rнезависимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле IV:
1
1
2
2
4
6
8
9
2
10
1
3
5
7
где х, x, у, t, t и z являются одинарными связями; где x является двойной связью; где t', w', х', y', z', х” и y” равны 1; где R, R и R, независимо друг от друга, являются группировками, присоединенными двойной связью и включающими кислород, серу, CRR, SO или NR; и где R, R, R и R независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В еще одной форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является мочевой кислотой - пуриндионом, имеющим химическую структуру:
1
1
2
1
3
5
7
2
4
6
где x, x, у, t, t и z являются одинарными связями; где x является двойной связью; где t', w', x', y', z', x” и y” равны 1; где R, R, R и R являются водородом; и где R, R и R являются кислородом.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле V:
1
1
2
4
8
9
2
10
1
2
5
6
где x, x, t и z являются одинарными связями; где x, t и y являются двойными связями; где w', x', z', x” и y” равны 1; где y' и t' равны 0; где R является группировкой, присоединенной двойной связью и включающей кислород, серу, CRR, SO или NR; и где R, R, R и R, независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В еще одной форме осуществления соединения с Формулой 1 производное пурина является гуанином, имеющим химическую структуру:
1
1
2
1
5
6
2
4
где х, x, t и z являются одинарными связями; где x, t и y являются двойными связями; где w', х', y', z', х” и y” равны 1; где y' и t' равны 0; где R, R и Rявляются водородом; где R является аминогруппой; и где R является кислородом.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле VI:
2
1
1
2
4
6
7
где х, x, y и z являются двойными связями; где x, t и t являются одинарными связями; где t', w', х” и y” равны 1; где х', y' и z' равны 0; и где R, R, Rи R включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В еще одной форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является аденином, имеющим химическую структуру:
2
1
1
2
6
7
4
где х, x, y и z являются двойными связями; где x, t и t являются одинарными связями; где t', w', х” и y” равны 1; где х', y' и z' равны 0; где R, R и Rявляются водородом; и где R является аминогруппой.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле VII:
2
1
1
2
8
9
2
10
3
4
5
6
где х, x и t являются двойными связями; где t, x, y и z являются одинарными связями; где w', y', z', х” и y” равны 1; где t' и х' равны 0; где Rявляется группировкой, присоединенной двойной связью и включающей кислород, серу, CRR, SO или NR; и где R, R, R и R, независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле VIII:
2
1
1
4
8
9
2
10
1
2
5
6
где x, y и t являются двойными связями; где х, x, t и z являются одинарными связями; где w', х', z', х” и y” равны 1; где t' и y' равны 0; где Rявляется группировкой, присоединенной двойной связью и включающей кислород, серу, CRR, SO или NR; и где R, R, R и R, независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В еще одной форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является 7-метилгуанином, имеющим химическую структуру:
2
1
1
1
6
2
4
5
где x, y и t являются двойными связями; где х, x, t и z являются одинарными связями; где w', х', z', х” и y” равны 1; где t' и y' равны 0; где R и Rявляются водородом; где R является аминогруппой; где R является кислородом; и где R является метильной группой.
В другой частной форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является тиогуанином, имеющим химическую структуру:
2
1
1
1
5
6
2
4
где x, y и t являются двойными связями; где х, x, t и z являются одинарными связями; где w', х', z', х” и y” равны 1; где t' и y' равны 0; где R, R и Rявляются водородом; где R является аминогруппой; и где R является серой.
В другой форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является 6-меркаптопурином, имеющим химическую структуру:
2
1
1
1
2
5
6
4
где x, y и t являются двойными связями; где х, x, t и z являются одинарными связями; где w', х', z', х” и y” равны 1; где t' и y' равны 0; где R, R, R и R являются водородом; и где R является серой.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является гипоксантином, имеющим химическую структуру:
2
1
1
1
2
5
6
4
где x, y и t являются двойными связями; где х, x, t и z являются одинарными связями; где w', х', z', х” и y” равны 1; где t' и y' равны 0; где R, R, R и R являются водородом; и где R является кислородом.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является соединением с химической структурой, соответствующей Формуле IX:
1
1
2
1
2
4
6
где x, у, t и z являются двойными связями; где х, x и t являются одинарными связями; где w', х', х” и y” равны 1; где t', y' и z' равны 0; и где R, R, Rи R, независимо друг от друга, включают водород, гидроксильную, амино-, амидо, алкиламино-, ариламино, алкокси-, арилокси, нитро-, ацильную, алкенильную, алкинильную, циано-, сульфо-, сульфато-, меркапто-, имино-, сульфонильную, сульфенильную, сульфинильную, сульфамоильную, фосфонильную, фосфинильную, фосфорильную, фосфино-, тиосложноэфирную, тиоэфирную, ангидридную, оксимно-, гидразино-, карбамильную группу, фосфоновую кислоту, фосфонатную или неразветвленную, цепную, разветвленную или циклическую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную, гетероарильную, гетероциклическую или ацильную группу.
В следующей форме осуществления соединения с Формулой I производное пурина является 1H-пурином, имеющим химическую структуру:
1
1
2
1
2
4
6
где x, у, t и z являются двойными связями; где х, x и t являются одинарными связями; где w', х', х” и y” равны 1; где t', y' и z' равны 0; где R, R, R и R являются водородом.
В еще одной частной форме осуществления соединения с Формулой производное пурина является диаминопурином, имеющим химическую структуру:
,
1
1
2
1
6
2
4
где x, y, t и z являются двойными связями; где х, x и t являются одинарными связями; где w', х', х” и y” равны 1; где t', y' и z' равны 0; где R и R являются водородом; и где R и R являются аминогруппами.
Следует понимать, что выше приведено несколько примеров подходящих низкомолекулярных добавок, которые не следует рассматривать, как каким-либо образом накладывающие ограничения на объем настоящего изобретения.
Как описано выше, многослойные контейнеры можно использовать для изготовления контейнеров с улучшенными газобарьерными свойствами. Такие контейнеры изготавливают посредством формования из вышеописанных полимерных композиций желаемого многослойного контейнера с использованием традиционных способов, например - формования расплава. Подходящими способами формования расплава являются, но не ограничиваются этим, соинжекционное формование, соэкструзия, термическое формование и компрессионное формование. Особо предпочтительным способом изготовления контейнеров согласно настоящему изобретению является формование с раздувом и вытяжкой. Такие способы хорошо известны специалистам в данной области техники и описаны в патентах US 6596213; US 5914138 и US 5011720; а также в опубликованной заявке на патент US 2004/0247739. Информация, содержащаяся в этих документах, явным образом полностью включена в данную работу посредством ссылки.
В данной работе также предусмотрены способы введения низкомолекулярной добавки в контейнер и в полимерную композицию. Такие способы также хорошо известны специалистам в данной области техники. Например, добавку можно подавать непосредственно в полимерный матрикс в процессе инжекционного формования, смешивать с полимерной смолой перед инжекционным формованием или добавлять в высоких концентрациях, используя полимер в качестве маточной смеси, и затем смешивать с полимерной смолой перед инжекционным формованием контейнера.
Фиг.5 изображает систему 310 согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения, предназначенную для изготовления жесткой заготовки контейнера 12 (изображенной на Фиг.1) и жесткого контейнера 14 (изображенного на Фиг.2) из этой заготовки. Как показано на Фиг.5, ПЭТ 320 и низкомолекулярную добавку 322, например - производное пурина, добавляют в питатель или загрузочную воронку 324, которая подает компоненты в экструдер горячего расплава 326, в котором компоненты плавятся и смешиваются. ПЭТ для формования по меньшей мере двух наружных слоев сходным образом подается в экструдер горячего расплава 326 (не изображен на чертежах). Экструдер горячего расплава 326 соэкструдирует расплавленный ПЭТ и расплавленную смесь ПЭТ 320 и низкомолекулярной добавки 32, вынуждая потоки текучих сред вытекать по концентрическим кольцевым путям в устройство для инжекционного формования 328 с получением многослойной заготовки 12. Многослойную заготовку 12 охлаждают, вынимают из устройства для инжекционного формования 328 и перемещают в устройство для формования с раздувом и вытяжкой 330, в котором многослойная заготовка 12 формуется с раздувом и вытяжкой до готового жесткого многослойного контейнера 14.
Время пребывания расплава в устройстве при производстве заготовки предпочтительно составляет менее пяти минут, и более предпочтительно - от одной до трех минут. Желательны температуры расплава от примерно 270 до примерно 300°С, и более желательны - от примерно 270 до примерно 290°С. Время пребывания расплава в устройстве начинается с момента попадания материала в экструдер расплава 326 и начала плавления и заканчивается после инжекции расплавленных материалов в инжекционную форму для формования заготовки 12.
В частной форме осуществления настоящего изобретения способ инжекционного формования можно модифицировать посредством повышения давления в полости формы с целью минимизации загрязнения формы, как описано в находящейся одновременно на рассмотрении предварительной заявке на Патент США с регистрационным номером 60/825,844, поданной 15 сентября 2006 г., под названием «Устройство для повышения давления при инжекционном формовании и способ его использования», авторы Schultheis и др., содержание которой полностью включено в данную работу посредством ссылки. Повышение давления в полости формы изменяет динамические характеристики производственного цикла за счет снижения или полного устранения способности добавок диффундировать через сополимер и откладываться на внутренней поверхности формы. Желаемое давление в полости формы можно оптимизировать для конкретного полимерного материала, полимерного матрикса или добавки.
Модифицированный способ инжекционного формования (не изображено на чертежах) включает в себя дополнительную стадию повышения давления в форме за счет подачи газа под давлением в полость формы, при этом полость формы определяет форму заготовки контейнера; соэкструзию полимерных композиций в полость формы; охлаждение полимерных композиций с получением заготовки многослойного контейнера и удаления заготовки многослойного контейнера из полости формы.
Газ под давлением может быть любым газом, который не оказывает вредных воздействий на полимерную композицию. Не ограничивающими объем изобретения примерами являются воздух и его отдельные компоненты - кислород, азот и диоксид углерода; инертные газы - аргон, неон, гелий и ксенон; и их смеси. В частной форме осуществления настоящего изобретения давление в полости формы повышают до давления в диапазоне от примерно 1 до примерно 1000 фунтов силы на кв. дюйм.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение далее проиллюстрировано приведенным ниже примером, который не следует рассматривать как каким-либо образом накладывающий ограничения на объем настоящего изобретения. Напротив, следует понимать, что возможны различные другие формы осуществления, модификации и эквиваленты настоящего изобретения, которые, после прочтения данного описания изобретения, могут прийти на ум специалисту в данной области техники, без отклонения от сущности настоящего изобретения и/или объема прилагаемой формулы изобретения.
Пример
Имеющуюся в продаже полиэфирную смолу, пригодную для изготовления контейнеров (INVISTA, Спартанбург, Южная Каролина, США), высушили в вакуумной печи при 140°С в течение ночи до содержания влаги менее 50 промилле. Низкомолекулярную добавку - кофеин - также высушили в вакуумной печи при 70°С в течение ночи для удаления поверхностной влаги. Был изготовлен многослойный контейнер с использованием ПЭТ для двух наружных слоев и ПЭТ в сочетании с кофеином в качестве барьерного слоя. Барьерный слой составил 20 процентов от массы контейнера. Кофеин составил 15 процентов от массы барьерного слоя (3 процента от массы контейнера). Для инжекционного формования была использована машина для инжекционного формования полых изделий производства компании Arburg лабораторного масштаба. Заготовки формовали раздувом в машине для формования раздувом Sidel SBO 2/3 с получением контейнеров приемлемых очертаний. Из заготовки массой 21,1 г был изготовлен контейнер на 12 унций.
2
2
Затем была измерена скорость пропускания диоксида углерода этими контейнерами с использованием модельного инструмента Мосоп 2/60 при 22,2°С и 50%-ной относительной влажности (RH) при скорости продувки N/H (99:1) и воздуха, равной 10 мл/мин на противоположных сторонах контейнера. Результаты приведены в Таблице 2. Фактор улучшения барьерных свойств (BIF) был рассчитан как отношение скорости проникновения диоксида углерода через стенки многослойного контейнера из полиэфира, содержавшего низкомолекулярную добавку в барьерном слое, к скорости проникновения диоксида углерода через стенки многослойного контейнера из полиэфира, не содержавшего низкомолекулярной добавки в барьерном слое.
Таблица 2
Скорость пропускания диоксида углерода многослойных контейнеров из ПЭТ объемом 12 унций
Добавка
Содержание кофеина в барьерном слое (в мас.%)
Доля барьерного слоя в контейнере (в мас.%)
Содержание кофеина в заготовке контейнера (в мас.%)
Содержание кофеина в контейнере, полученном посредством формования раздувом (в мас.%)
BIF для CO<sub>2</sub>
Нет
0
20
0
0
1,00
Кофеин
15
20
3
3
1,3
После добавления кофеина к ПЭТ-композиции барьерного слоя BIF для диоксида углерода y многослойного контейнера на 12 унций достоверно увеличивался.
Следует понимать, что все вышеизложенное относится только к предпочтительным формам осуществления настоящего изобретения, и что могут быть произведены многочисленные изменения и модификации без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения, определенных в приведенной ниже формуле изобретения и ее эквивалентах.