CZ2010472A3 - Kombinovaný materiál na bázi polymeru obsahující nanocástice a zpusob jeho prípravy - Google Patents
Kombinovaný materiál na bázi polymeru obsahující nanocástice a zpusob jeho prípravy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2010472A3 CZ2010472A3 CZ20100472A CZ2010472A CZ2010472A3 CZ 2010472 A3 CZ2010472 A3 CZ 2010472A3 CZ 20100472 A CZ20100472 A CZ 20100472A CZ 2010472 A CZ2010472 A CZ 2010472A CZ 2010472 A3 CZ2010472 A3 CZ 2010472A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- polymer
- nanoparticles
- delaminated
- materials
- composite material
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 50
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 34
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 10
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 7
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 12
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 8
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 11
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000011881 graphite nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 5
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- WOZVHXUHUFLZGK-UHFFFAOYSA-N dimethyl terephthalate Chemical compound COC(=O)C1=CC=C(C(=O)OC)C=C1 WOZVHXUHUFLZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- 239000005057 Hexamethylene diisocyanate Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 2
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 2
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N antimony trioxide Chemical compound O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N hexamethylene diisocyanate Chemical compound O=C=NCCCCCCN=C=O RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 2
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 2
- QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N isophthalic acid Chemical group OC(=O)C1=CC=CC(C(O)=O)=C1 QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- LNETULKMXZVUST-UHFFFAOYSA-N 1-naphthoic acid Chemical compound C1=CC=C2C(C(=O)O)=CC=CC2=C1 LNETULKMXZVUST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940123973 Oxygen scavenger Drugs 0.000 description 1
- 229920002319 Poly(methyl acrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000000071 blow moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014171 carbonated beverage Nutrition 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- UHPJWJRERDJHOJ-UHFFFAOYSA-N ethene;naphthalene-1-carboxylic acid Chemical compound C=C.C1=CC=C2C(C(=O)O)=CC=CC2=C1 UHPJWJRERDJHOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- RXOHFPCZGPKIRD-UHFFFAOYSA-N naphthalene-2,6-dicarboxylic acid Chemical compound C1=C(C(O)=O)C=CC2=CC(C(=O)O)=CC=C21 RXOHFPCZGPKIRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000012704 polymeric precursor Substances 0.000 description 1
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920001289 polyvinyl ether Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N toluene 2,4-diisocyanate Chemical compound CC1=CC=C(N=C=O)C=C1N=C=O DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Wrappers (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Kombinovaný materiál na bázi polymeru obsahující nanocástice, který je tvoren z 95 až 99,99 % hmotn. polymerní matricí a z 0,01 až 5 % hmotn. nanocásticemi, s výhodou v rozmezí 0,02 až 1 % hmotn., pricemž nanocástice jsou planární, jsou z vrstevnatých materiálu (minerálu) a jsou homogenne rozptýleny v polymerní matrici. Planární cástice vrstevnatého materiálu mohou být s výhodou z grafitu, slídy nebo kaolinu a polymerní matrice muže být s výhodou poly(ethylentereftalátu) nebo polykaprolaktam-6. Zpusob výroby kombinovaného materiálu je takový, že vrstevnatý materiál se delaminuje ultrazvukovým vlnením o kmitoctu v intervalu 20 až 100 kHz bud ve výchozí složce polymeru, a vzniklá smes, obsahující planární cástice, se zpolymeruje nebo zkopolymeruje, nebo prímo v roztoku polymeru, pricemž z roztoku polymeru se rozpouštedlo následne oddestiluje nebo odparí, a nebo v pomocné kapalné fázi, tato pomocná kapalná fáze obsahující delaminované nanocástice se smíchá s príslušnou výchozí složkou polymeru nebo se v ní tato výchozí složka polymeru rozpustí a z této smesi se pomocná fáze následne odstraní, výsledná smes se následne zpolymeruje nebo zkopolymeruje. Tyto kombinované materiály lze použít predevším pro výrobu bariérových obalu pro nápoje nebo potraviny.
Description
Kombinovaný materiál na bázi polymerů obsahující nanočástice a způsob jeho přípravy
Oblast techniky
Vynález se týká nového kombinovaného materiálu, s bariérovými viastnostmi pro obalovou techniku v potravinářském průmyslu, na bázi polymemích materiálů naplněných planámími (destičkovitými) nanočásticemi, připravenými delaminaci vrstevnatých přírodních materiálů a minerálů pomocí vysokovýkonného ultrazvuku.
Dosavadní stav techniky
Pronikání (transport) molekul vody, CO2, N? nebo O2 polymemími materiály je zprostředkován difúzním mechanizmem, jehož hnací silou je koncentrační rozdíl (gradient) těchto látek mezi prostředími oddělenými daným polymerem. Plynopropustnost (permeabilita) polymemích obalů, zvláště s ohledem na relativně snadný průnik O2, tak značně omezuje použití vybraných polymemích materiálů jako obalů v potravinářském průmyslu.
Řešením, kterým by byla omezena propustnost stěn (permeabilita) obalů potravin pro dané plyny, jsou vícevrstvé (multilayers) materiály, tzv. bariérové obaly. Nejběžnější složení bariérových obalů představují Al folie kombinované s polymery (PE, PET). Tyto obaly jsou spolehlivé z hlediska propustnosti pro vodu, kyslík nebo CO2, dále chrání obsah před mikrobiálním napadením a jsou odolné proti UV záření, tukům, olejům a kyselinám. V případě klasického uspořádání bariérové folie složení PET-A1-PE polyesterová složka zaručuje především pevnost kombinovaného materiálu, hliníková vrstva zabezpečuje mechanickou ochranu a její bariérové vlastnosti a polyethylen umožňuje snadné technické zpracování materiálu svařováním. Některé bariérové fólie, mají navíc čtvrtou vrstvu tvořenou inhibitorem, který se uvolňuje do vnitrního prostoru a vytváří antikorozní ochranu balených materiálů.
Nevýhody těchto obalů jsou však zřetelné: vysoká materiálová nákladnost a sofistikované technické zpracování, avšak zcela rozhodující nevýhodou je nemožnost recyklace těchto komplikovaných materiálů.
Skupina vícevrstvých bariérových obalů na bázi polymemích fólií, tj. bez Al folie, splňují rovněž náročné požadavky potravinářského průmyslu. Kombinací vhodných polymemích materiálů je docíleno optimalizace jejich vlastností kladených na obaly pro potravinářsky průmysl, Jedinečná technologie vícevrstvých tenkých vrstev propůjčuje obalům soubor vlastností jako jsou elasticita, vysoká pevnost a stabilitu tvaru, vynikající smršťovací vlastnosti, dobré bariérové vlastnosti proti prostupu vodních par a kyslíku. Avšak ani tato skupina polymerních materiálů neodstraňuje výše uvedenou zásadní nevýhodu - pro velký rozdílný charakter jednotlivých vrstev je nelze recyklovat, což je zásadní požadavek pro masivní použití obalové techniky.
Pro své vyhovující mechanické vlastnosti, nízké výrobní náklady a jednoduchost výroby, navíc vyhovující požadavkům na svou recyklaci, se pro nápoje používá PET materiál. Velkou nevýhodou PET je však právě relativně vysoká propustnost plynů, zvláště v jeho jednovrstevném (monolayer) provedeni. Tato nevýhoda PET výrazně retarduje další rozšířeni PET lahví, zejména pro nápoje typu pivo, víno, přírodní šťávy, mošty a nápoje sycené CO2. I přes tyto nedostatky se PET materiály prosazují stále více a i přes své nevýhody pomalu nahrazuji plechové obaly.
Bariérové vlastnosti u jednovrstvých PET folií se zlepšují zvýšením hustoty polymeru, například zvýšením obsahu krystalické fáze v průběhu vyfukování, např. působením ultrazvuku. Dalšími možnostmi zvýšení bariérových vlastností PET je zabudování naftalen2,6-dikarboxylové kyseliny do makromolekul polyesteru, nebo blendování PET pomocí poly(ethylennaftalátem) (PEN). Využití tohoto způsobu modifikace však limituje vysoká cena naftalenkarboxylové kyseliny. Bariérové vlastnosti se u jednovrstvých PET fólií, resp. lahví, zlepší i vlivem přítomnosti strukturních jednotek kyseliny isoftalové (do 5 hmotn. %) v polymeru.
Ke zvýšení rezistence k prostupnosti plynů, zejména O? a CO2. jejichž koncentrace určují trvanlivost obsahu, se využívají i nano-technologie. S jejich použitím se na polymemím materiálu vytvářejí vnitřní nebo vnější povlaky o síle < 200 nm (tj. nano-povlaky), popřípadě se tyto bariérové nanovrstvy vkládají mezi dvě PET vrstvy. Díky těmto speciálním „nanopovlakům“ se významně snižuje pronikání vzdušného kyslíku do obsahu a naopak unikání COi z nich, a tak zajišťují prodlouženou skladovatelnost a záruční lhůty jejich obsahu. V současné době jsou vesměs používány pouze zvenčí nebo zevnitř potažené PET láhve. Nejnovější zavedená a využívaná technologie f. Siegl využívá rozkladu acetylenu pomocí vysokonapěťového výboje uvnitř PET lahve vzápětí po jejím vyfouknutí z předlisku, (C. Casiraghi. J. Robertson and A. C. Ferrari, Mateřialstoday 10(2007)44, Diamond-like karbon for data and beer storage). Použití těchto speciálních lahví je stále však výrazně omezeno. Potahovat PET láhve nano-částicemi je nákladné a vyplatí se proto pouze u nápojů se speciálními požadavky na bariérové vlastnosti obalu, (http://www.petrecycling.cz).
Láhve s nano-povlakem byly rovněž zkoumány z hlediska možností je recyklovat. Tesly prokázaly, že polymerní matrice z nano-technologicky upravených PET láhví nejsou při recyklaci ani poškozeny, ani neztrácí svou další kvalitu, bariérový efekt však při jejich recyklaci zaniká, http://www.petrecycling.cz.:
Velkou nevýhodou těchto nano-technologických řešení je složitý proces pro vytváření nano-povlaků, vysoké investice do zařízeni, která tyto vrstvy generuje většinou při výrobě PET obalů z předlisků, a zejména řešení, které má zabezpečit dostatečnou adhezi těchto nanovrstev na povrchu PET.
Velmi vysoká nákladnost a technologická náročnost aplikace nano-vrstev při výrobě bariérových obalů významně zjevně brání rozšíření této technologie. Z tohoto důvodu je zastoupení těchto nových materiálů velmi nízké, pouze 2 až 4 procenta PET lahví na trhu lze potencionálně přiřadit k lahvím se speciálními požadavky na bariérové vlastnosti obalu. Jinou možností zvýšit odolnost PET proti propustnosti plynů je kombinace PET s kyslíkovým akceptorem („scavenger“). Jedná se buď o aditivum v PET zamezující pronikáni kyslíku do láhve tím, že jej chemicky váže. Kyslíkové akceptory se používají ve formě vnější apretace lahví. Jako (b scavengeru se kromě aromatických polyamidů osvědčily i polybutadienové vrstvy. Nevýhodou tohoto řešení je opět cenová a investiční nákladnost, především však kapacita akceptoru bude vždy omezena, takže ochrana je zajištěna jen v určitém rozsahu životnosti bariérového obalu.
Podstata vynálezu
Nevýhody odstraňuje řešení dle předmětu vynálezu, které představuje kombinovaný materiál na bázi polymerů obsahující nanočástice, který je tvořen z 95 až 99,99 % hmotn. polymerní matricí a z 0,01 až 5 % hmotn. nanočásticemi, s výhodou však v rozmezí 0,02 až 1 % hmotn., přičemž nanočástice jsou planární, jsou z vrstevnatých materiálů (minerálů) a jsou homogenně rozptýleny v polymerní matrici. Planární nanočástice vrstevnatého materiálu mohou být s výhodou z grafitu, slídy nebo kaolinu a polymerní matrice může být s výhodou poly(cthylentereftalát) nebo polykaprolaktam-6, popř. další vhodné polymerní matrice jako polystyren, polyvinylalkohol, polyakrylát, polykarbonát, a jejich deriváty, deriváty celulózy (methylcelulóza. karboxymethylcelulóza, hydroxyethylcelulóza), polyurethany, polyoxomethylcn, polybuthylentereftalát, polyvinylchorid, polyethcrctherketon a pod.
Způsob výroby kombinovaného materiálu je takový, že vrstevnatý materiál se delaminuje ultrazvukovým vlněním o kmitočtu v rozmezí 20 až 100 kHz po dobu od 0.5 min do 10 buď ve výchozí složce polymeru a vzniklá směs, obsahujících planární částice, sc zpolvmeruje nebo zkopolvmeruje, nebo přímo v roztoku polymeru, a případné rozpouštědlo
-Ί polymeru se následně oddestiluje nebo odpaří, a nebo v pomocné kapalné fázi a z této pomocné fáze se nanočástice převedou do výchozí složky polymeru tak, že se tato pomocná kapalná fáze obsahující delaminované nanočástice smíchá s příslušnou výchozí složkou polymeru nebo se v ní tato složka rozpustí a z této směsi se pomocná fáze následně odstraní, výsledná směs se následně zpolymeruje nebo zkopolymeruje.
Tyto kombinované materiály lze použít především pro výrobu bariérových obalů pro nápoje nebo potraviny, neboť se jedná o homogenní recyklovatelné obaly, v nichž je bariérový efekt zabraňující průniku plynů již v jednovrstvém (monolayer) uspořádání obalu zajištěn vdané polymerní matrici homogenně rozptýlenými nanočásticemi s planámí (destičkovou) strukturou. Přítomnost planámích (destičkových) nanočástic jako plniva v polymerní matrici efektivně prodlužuje difúzní dráhy molekul plynu v polymerní matrici, čímž je jejich plynopropustnost významně retardována.
Největší výhodou tohoto řešení je jednoduchost přípravy těchto nových bariérových materiálů, jejich velice nízká cena a recyklovatelnost materiálu, přičemž bariérový účinek materiálu je při procesu jeho recyklace zachován.
Není nutné provádět investice do zavedení jejich výroby, neboť nové kombinované materiály mohou být vyráběny stávajícími technologiemi a na stávajících zařízeních bez nutnosti jakkoliv obojí měnit či přizpůsobovat. Inertnost nanočástic v těchto materiálech žádným způsobem neovlivní možnosti jejich následné recyklace, neovlivňují žádným způsobem jejich další zpracování, navíc je v další recyklované generaci zajištěn více méně stejný bariérový efekt, pokud bude zachována koncentrace těchto planámích částic a jejich preferenční uspořádání působením smykového napětí při výrobě fólií.
Způsob zavedení planámích (destičových) nanočástic o rozměrech v rozmezí jednotek nanometrů až stovek nanometrů do polymerní matrice (např. polymemích bariérových materiálů) vychází z delaminace vrstevnatých přírodních materiálů jako jsou např. grafit, slída, nebo kaolinit pomocí vysokovýkonného ultrazvukového zařízení o výkonu 200 W až 1 kW. Delaminaci lze s výhodou provést přímo v polymemích prekurzorech (výchozích složkách polymerů), jako jsou výchozí monomery nebo oligomery příslušných polymerů, nebo v polymemích roztocích, popřípadě je do příslušných polymemích prekurzorů zavést nepřímo přes pomocnou kapalnou fázi, ve které je delaminace provedena a ze které jsou částice převedeny do příslušných polymemích prekurzorů nebo polymemích roztoků.
Provedení tohoto způsobu zahrnuje:
a) přímou cestu, tj. kdy delaminace přírodních materiálů je provedena ve výchozích složkách polymerů - monomerech (např. kapalné monomery jako jsou glykoly (ethylenglykol, polypropylenglykol, buthylenglykol), styren, akryláty, isokyanáty, nebo jejich případné deriváty a jejich funkční směsi, pevné monomery nad bodem jejich tání, např. kaproiaktam-6, enantiolaktam-9) nebo kapalných oligomerech, např. toluendiisokyanát, hexamethylendiisokyanát, a jejich roztocích, např. póly viny lethery ve vodě nebo oligomery diisokyanátů nebo ethyakrylátů v ethylacetátu nebo xylenu. Z těchto prekurzomích monomerních nebo oligomemích směsí, obsahujících planámí částice, lze pak připravit výsledné kombinované materiály obvyklými způsoby, jejich polymerací nebo kopolymerací. Přímá cesta zahrnuje i způsob přípravy, kdy je delaminace provedena přímo v roztocích polymerů, např. ve vodných roztocích škrobu, polyvinyetherů, derivátů celulózy (polykarboxymethycelulozy. i polymethylcelulozy, ’ polyhydroxyethylceluozy), polyvinylalkoholu, v acetonových roztocích polystyrenu, v alkoholických roztocích polyvinylacetalů, v ethylacetátových roztocích polyakrylátů a polymethylakrylátů, v roztocích polykarbonátů v chlorovaných rozpouštědlech (terachlorethan, methylenchlorid), v tetrahyrofuranovém roztoku polyvinylchloridu a pod., z nichž lze výsledné kombinované materiály připravit oddestilováním nebo odpařením rozpouštědla.
b) nepřímou cestu, kdy je delaminace výše uvedených přírodních materiálů provedena v pomocné kapalné fázi, jako jsou voda nebo nižší alkoholy, např methylalkohol, isopropylakohol. nebo ketony, např. aceton, cyklohexanon. Z této pomocné fáze lze nanočástice převést do vhodných výchozích složek polymerů, např. do kaprolaktamu-6, glykolů nebo isokyanatů, nebo do jejich tavenin, např. do enantiolaktamu-9, laurolaktamu-12, tak, že tato pomocná kapalná fáze obsahující delaminované nanočástice je smíchána s příslušnou výchozí složkou polymeru neboje v ní tato složka rozpuštěna a z výsledné směsi je pomocná fáze odstraněna, například destilací, odpařením nebo dekantací. Kombinované materiály jsou připraveny opět obvyklými způsoby jejich polymerací nebo kopolymerací.
V případě PET materiálů lze delaminaci provádět konkrétně přímo v příslušných glykolech, např. ethylenglykolu, propylenglykolu, ve vyšších glykolech nebo v jejich směsích nebo v jejich oligomerech, ze kterých jsou PET materiály následně vyráběny. Vysoce efektivní způsob delaminace materiálů je zajištěn výkonným ultrazvukovým zařízením, kterým se v kapalných fázích vrstevnaté materiály delaminují na požadovanou úroveň. Stupeň delaminace materiálů lze řídit výkonem zařízení a dobou ultrazvukové expozice. Kombinací obojího lze dosáhnout úrovně, kdy významná část distribuce průměrů delaminováných částic leží pod 200 nm. Se zvyšující se delaminací se zvyšuje efektivita bariérového efektu, což dovoluje snižovat koncentraci použitých planárních (destičkových) nano-částic. Významnou vlastností planárních (destičkových) částic vzniklých z vrstevnatých materiálů je, že je lze orientovat, se vzrůstající orientací planárních nanočástic, kdy osa částic je kolmá na rovinu folie, lze výrazně zvyšovat jejich bariérový efekt. Orientace planárních nanočástic může být zvýšena smykovými silami při zpracování kombinovaných materiálů na folie. Nanočástice jsou v polymemích matricích dostatečně imobilizovány, aby se retardoval jejich průnik do obsahu obalu, stabilizace nanočástic přímo v polymemí matrici je zřetelně spolehlivější, než v případě bariérových nano-vrtsev umístěných na vnitřní straně PET materiálů.
Bariérový efekt obalů pomocí planárních (zvláště orientovaných) nanočástic, přispívá ke snížení hmotnosti PET láhví při jejich výrobě, k nižší spotřebě materiálu, čímž se ve srovnání s dnes používanými jednocestnými obaly výrazně zlepší ekobilance „nano-PET“ lahví. Navíc cena přírodních vrstevnatých materiálů je velice nízká a jejich výsledné koncentrace delaminovaných produktů jsou nízké, takže materiálové náklady na bariérové obaly jsou zanedbatelné.
Z materiálu dle předmětu vynálezu, polymeru obsahujícím planámí nanočástice vrstevnatých materiálů, lze připravit jak jednovrstvé, tak i vícevrstvé (multilayer) bariérové obaly využitelné v potravinářství, avšak ve vícevrstvých materiálech je omezeno využití již uvedených vlastností inertnosti a stability imobilizovaných nanočástic, které v případě jednovrstevných obalů umožňují jejich recyklovatelnost s opětovnými bariérovými vlastnostmi (při zachování srovnatelné koncentrace a uspořádání nanočástic).
Příklady provedení vynálezu
Příklad I
Ve 250 g ethylcnglykolu byl pomocí výkonného ultrazvuku s výkonem 200 W a s frekvencí 25 kHz delaminován po dobu 15 min 1 g grafitu, vzniklá suspenze obsahuje 0,4 % hmotn. delaminovaných nanočástic grafitu s průměrnou velikostí pod 200 nm.
Pro přípravu poly(ethylentercftalátu) bylo nadávkováno 59 g této suspenze grafitu v ethylcnglykolu společně s 77 g dimethyltereftalátu (DMT) do reakční násady. Jako katalytického systému byly použity octailu zinečnatý a oxidu antimonitý a směs byla homogenizována po dobu 1 hodiny při 220 °C. Po zvýšení teploty na 280 °C byl postupně snižován tlak v polykondenzační aparatuře až na 6.10'3 torr. Za těchto podmínek probíhala polvkondenzace po dobu 10 minut. Takto připravený nano-PET kombinovaný materiál s obsahem planárních nanončástic grafitu o koncentraci 0.2 % hmotn. byl zpracován standardním způsobem do podoby jednovrstvé folie.
Příklad 2
Ve 250 g ethylenglykolu byl pomocí výkonného ultrazvuku s výkonem 200 W a s frekvencí 25 kHz delaminován po dobu 15 min 1 g kaolinitu (92%), vzniklá suspenze obsahuje 0,4 % hmotn. delaminovaných nanočástic kaolinitu s průměrnou velikostí pod 800 nm.
Postup přípravy bariérového materiálu je stejný, jako v Příkladu 1. Takto připravený nano-PET kombinovaný materiál s obsahem planárních nanončástic kaolinitu o koncentraci ,(E2 hmot.%i byl zpracován standardním způsobem do podoby jednovrstvé fólie.
7,2 o r ;7 .
Příklad 3
Ve 250 g ethylenglykolu byl pomocí výkonného ultrazvuku s výkonem 200 W a s frekvencí 25 kHz delaminován po dobu 15 min 1 g slídy (98%), vzniklá suspenze obsahuje 0,4 % hmotn. delaminovaných nanočástic slídy s průměrnou velikostí pod 800 nm.
Postup přípravy bariérového materiálu je stejný, jako v Příkladu 1. Takto připravený nano-PET kombinovaný materiál s obsahem planárních nanončástic slídy o koncentraci 0,2 % hmotn., byl zpracován standardním způsobem do podoby jednovrstvé fólie.
Příklad 4
Ve 100 g methanolu byl pomocí výkonného ultrazvuku s výkonem 200 W a s frekvencí 25 kHz delaminován po dobu 30 minut 1 g grafitu, vzniklá suspenze obsahuje 0,99 % hmotn. delaminovaných nanočástic grafitu pod s průměrnou velikostí pod 800 nm.
Tato směs byla při 80 °C smíchána s 220 g kaprolaktamu-6 a pod zpětným chladičem a za sníženého tlaku byl methanol oddestilován. Vznikl výsledný kombinovaný polyamidový materiál s obsahem planárních nanočástic grafitu o koncentraci 0,45 % hmotn. připravený hydrolytickou polymerací kaprolak.tamu-6, který' byl zpracován standardním způsobem do podoby jednovrstvé fólie
Příklad 5
Ve 100 g kaprolaktamu-6 při 80 °C' byl pomoci výkonného ultrazvuku s výkonem 200 W a s frekvencí 50 kllz delaminován po dobu 15 minut 1 g kaolinitu (92%), vzniklá směs obsahuje 0,91 % hmotn. dclaminovaných nanočástic kaolinitu s průměrnou velikostí pod 800 nm.
Z této směsi bylo pomocí hydrolytické polymerace připraven výsledný kombinovaný polyamidový materiál s obsahem planámích nanočástic grafitu o koncentraci 0,8 % hmotn., ktetý byl zpracován standardním způsobem do podoby jednovrstvé folie.
Příklad 6
Ve 100 g hexamethylendiisokyanátu v xylenu byly pomocí výkonného ultrazvuku s výkonem 300 W a s frekvencí 25 kHz delaminovány po dobu 40 minut 3 g grafitu, vzniklá suspenze obsahuje 2,9 % hmotn. delaminovaných nanočástic grafitu ppd s průměrnou velikostí pod 800 nm.
g této směsi bylo při 160 °C smícháno se 100 g kaprolaktamu-6 a zpolymerováno pomocí Dilaktamátu (8θΙ% roztok dikaprolaktamáto-bis(2-methoxyethoxo) hlinitanu sodného v toluenu). Vznikl kombinovaný polyamidový materiál s obsahem planámích nanočástic grafitu o koncentraci 0,27 % hmotn., který byl zpracován standardním způsobem do podoby jednovrstvé folie.
Průmyslová využitelnost
Kombinovaný materiál lze použít pro přípravu bariérových obalů v potravinářském průmyslu jako jsou lahve nebo balicí fólie.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Kombinovaný materiál na bázi polymerů obsahující nanočástice vyznačující se tím, že je tvořen z 95 až 99,99 % hmotn. polymerní matrici a z 0,01 až 5 % hmotn., s výhodou z 0,02 až 1 % hmotn., nanočásticemi, přičemž nanočástice jsou planámí, jsou z vrstevnatých materiálů ajsou homogenně rozptýleny v polymerní matrici.
- 2. Kombinovaný materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že planámí nanočástice vrstevnatého materiálu jsou z grafitu, slídy nebo kaolinu.
- 3. Kombinovaný materiál podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že polymerní matrice je poly(ethylentereftalát) nebo polykaprolaktam-6.
- 4. Způsob výroby kombinovaného materiálu podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že vrstevnatý materiál se delaminuje ultrazvukovým vlněním o kmitočtu v intervalu 20 až 100 kHz po dobu 0,5 minut až 10 hodin, buď ve výchozí složce polymeru a vzniklá směs obsahující planámí částice se zpolymeruje nebo zkopolymeruje, nebo přímo v roztoku polymeru, přičemž z roztoku polymeru se rozpouštědlo následně oddestiluje nebo odpaří, a nebo v pomocné kapalné fázi, přičemž tato pomocná kapalná fáze obsahující delaminované nanočástice se dále smíchá s příslušnou výchozí složkou polymeru nebo se v ní tato výchozí složka polymeru rozpustí a z této směsi se pomocná fáze následně odstraní, výsledná směs se následně zpolymeruje nebo zkopolymeruje.
- 5. Způsob výroby kombinovaného materiálu podle nároku 4, vyznačující se tím, že kombinovaný materiál se dále zpracuje do podoby jednovrstvé fólie.
- 6. Použití materiálů podle nároků 1 nebo 2 nebo 3 pro výrobu bariérových obalů pro nápoje nebo potraviny.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20100472A CZ2010472A3 (cs) | 2010-06-15 | 2010-06-15 | Kombinovaný materiál na bázi polymeru obsahující nanocástice a zpusob jeho prípravy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20100472A CZ2010472A3 (cs) | 2010-06-15 | 2010-06-15 | Kombinovaný materiál na bázi polymeru obsahující nanocástice a zpusob jeho prípravy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ302638B6 CZ302638B6 (cs) | 2011-08-10 |
| CZ2010472A3 true CZ2010472A3 (cs) | 2011-08-10 |
Family
ID=44351967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20100472A CZ2010472A3 (cs) | 2010-06-15 | 2010-06-15 | Kombinovaný materiál na bázi polymeru obsahující nanocástice a zpusob jeho prípravy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2010472A3 (cs) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2653756B1 (fr) * | 1989-10-31 | 1992-05-15 | Ono | Structure multicouche pour le conditionnement de produits sensibles a oxygene. |
| US7374597B2 (en) * | 2001-12-10 | 2008-05-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Synthesis of metal nanoparticle compositions from metallic and ethynyl compounds |
| RU2451700C2 (ru) * | 2006-03-29 | 2012-05-27 | Лэнксесс Инк. | Способ полимеризации для получения нанокомпозитных материалов на основе бутилкаучука |
-
2010
- 2010-06-15 CZ CZ20100472A patent/CZ2010472A3/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ302638B6 (cs) | 2011-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ding et al. | Biomimetic nanocoatings with exceptional mechanical, barrier, and flame-retardant properties from large-scale one-step coassembly | |
| TWI232877B (en) | Process for treating a surface of a substrate | |
| JP2010184999A (ja) | コーティング剤および成形体 | |
| CN102770484A (zh) | 膜形成用组合物和片材 | |
| JP2001220453A (ja) | 成形加工用二軸延伸ポリエステルフィルム | |
| Toommee et al. | PEG-template for surface modification of zeolite: A convenient material to the design of polypropylene based composite for packaging films | |
| Röhrl et al. | Stretchable clay nanocomposite barrier film for flexible packaging | |
| Yue et al. | Polyvinyl alcohol/montmorillonite nanocomposite coated biodegradable films with outstanding barrier properties | |
| TW202132434A (zh) | 雙軸配向聚酯膜及其製造方法 | |
| Bendahou et al. | Synergism effect of montmorillonite and cellulose whiskers on the mechanical and barrier properties of natural rubber composites | |
| Röhrl et al. | Disorder–order transition—improving the moisture sensitivity of waterborne nanocomposite barriers | |
| AU2003262243B2 (en) | Inorganic layered compound dispersion, process for producing the same, and use thereof | |
| TW202100627A (zh) | 聚酯膜及其製造方法、氣體阻隔性積層膜 | |
| TW201236935A (en) | Improved composite system for packages | |
| Yang et al. | Transparent, flexible, and high‐strength regenerated cellulose/saponite nanocomposite films with high gas barrier properties | |
| CZ2010472A3 (cs) | Kombinovaný materiál na bázi polymeru obsahující nanocástice a zpusob jeho prípravy | |
| TWI849106B (zh) | 聚酯系密封劑膜以及使用有該聚酯系密封劑膜之包裝體、包裝體之製造方法、以及積層體 | |
| JP7243905B2 (ja) | 積層体、包装材、及び梱包体 | |
| JP2001179893A (ja) | 向上した遮断特性を伴う生分解性熱可塑性プラスチックフィルム | |
| TW202413101A (zh) | 阻氣性薄膜、積層體、及包裝容器 | |
| JP7581646B2 (ja) | ガスバリア性積層体製造用コーティング液 | |
| WO2020067193A1 (ja) | ポリエステル系フィルム及びその製造方法 | |
| WO2023008400A1 (ja) | 積層体、包装材、及び梱包体 | |
| WO2023026953A1 (ja) | 積層フィルム | |
| JP2007144918A (ja) | スナック菓子包装用積層体およびそれからなる包装袋 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20160615 |