Полимерный материал с улучшенными барьерными свойствами

Изобретение относится к полимерным материалам с улучшенными барьерными свойствами на основе полиэтилентерефталата, предназначенного для изготовления тары, обладающим улучшенными значениями по показателям газопроницаемости.

Использование пластиковых емкостей в качестве замены стеклянных или металлических емкостей при упаковке напитков стало чрезвычайно популярно. Преимущества пластиковой упаковки включают в себя более легкий вес, уменьшенную хрупкость по сравнению со стеклом и потенциально меньшую стоимость. Самым распространенным пластиком, используемым в изготовлении емкостей для напитков, в настоящее время является полиэтилентерефталат (ПЭТ). Емкости, изготовленные из ПЭТ, прозрачны, с тонкими стенками, легкие по весу и имеют способность поддерживать свою форму путем сопротивления усилию, приложенному на стенки емкости сжатым содержимым, таким как газированные напитки. ПЭТ полимеры к тому же очень недороги и легки для обработки.

Несмотря на эти явные преимущества и повсеместное широкое использование имеются и негативные стороны в использовании ПЭТ - проницаемость для газов, таких как двуокись углерода и кислород. Эти проблемы в настоящее время особенно важны. Проницаемость бутылок из ПЭТ отражается на вкусовых качествах безалкогольных напитков, которые становятся «выдохшимися» из-за выхода двуокиси углерода, а также у напитков размывается запах из-за проникновения кислорода. В связи с имеющимися недостатками бутылки из ПЭТ не применимы во всех отраслях промышленности и для многих существующих использований, а срок годности жидкостей, упакованных в бутылки из ПЭТ, короче желаемого.

Известна полиэфирная композиция и способ ее получения, обладающая повышенными газобарьерными свойствами, по заявке на изобретение WO №20050221036. Согласно изобретению полиэфирная композиция с улучшенными газобарьерными свойствами включает сложный полиэфир и органическую газонепроницаемую усиливающую добавку, имеющую химическую формулу OH-Ar-OH, где Ar представляет собой замещенный или незамещенный нафталин.

Основным недостатком указанной полиэфирной композиции является использование указанной добавки - замещенного или незамещенного нафталина. Длительное воздействие нафталина может вызвать повреждение или разрушение красных кровяных телец (эритроцитов). International Agency for Research on Cancer (IARC) классифицировала нафталин как возможный канцероген, вызывающий рак у людей и животных. В человеческом организме чаще всего концентрируется в жировой ткани, где может накапливаться до тех пор, пока жировая ткань не начнет сжигаться и яд не попадет в кровь, после чего наступает отравление организма (кровотечения, возникновение опухолей и т.д.).

Также известен барьерный материал и изделия из него по патенту на изобретение US №5281360 (МПК В29С 49/00, В29С 49/06, C08L 67/02, C08L 69/00, С08К 3/08). Улучшенный композиционный материал, обладающий кислорода барьерными свойствами, содержит от 70% до 85% ароматического конденсационного полимера, имеющего смешанного в нем от 30% до 15% кислорода барьерного материала и от 49 частей на миллион до 250 частей на миллион катализатора переходного металла. Основным недостатком композиционного материала по патенту на изобретение являются относительно высокие значения по газопроницаемости полимерного материала.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является полимерная композиция на основе полиэтилентерефталата в соответствии с заявкой на изобретение №2013136782 (RU). Полимерная композиция по изобретению включает в качестве термопластичной добавки полигидроксиэфир на основе бисфенола А с молекулярной массой 25-35 тысяч при следующем соотношении компонентов, вес. %:

В качестве недостатка полимерной композиции по изобретению можно выделить недостаточную изученность газопроницаемости по кислороду и углекислому газу.

Задача изобретения состоит в разработке полимерного материала обладающего улучшенными барьерными свойствами.

Поставленная задача решается путем создания полимерного материала, включающего в себя полиэтилентерефталат и маточный концентрат (МК), при следующем соотношении, масс. ч.:

В свою очередь маточный концентрат имеет в своем составе следующие компоненты при следующем соотношении, масс. ч.:

Предварительно полигидроксиэфир растворяют в растворителе диоксан при соотношении 1:1. Смесь полиэтилентерефталата (ПЭТ) и полибутилентерефталата (ПБТ) вводится в маточный концентрат в количественном соотношении, представленном в таблице 1.

В данном полимерном материале используются следующие химические продукты, соответствующие техническим требованиям на них, в частности полиэтилентерефталат spet 8200 марки Л, диоксан чда ГОСТ 1045-80, полигидроксиэфир на основе бисфенола А с молекулярной массой 25-35 тысяч, а также полибутилентерефталат марки D201 DHK 0111.

Маточный концентрат получают путем смешения в смесителе смеси ПЭТ и ПБТ, с последующим введением в полученную смесь полигидроксиэфира, предварительно растворенного в диоксане в соотношении 1:1.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1-6 (предлагаемые)

Изготавливают полимерный материал согласно изобретению (пример 1-6), рецептуры приведены в таблице 2 и 3.

Предварительно высушиваются ПЭТ гранулы при температурных режимах 160°С 2 часа, 140°С 2 часа и 120°С 2 часа. Высушенные гранулы обрабатывают полученным раствором МК. Обработанные ПЭТ гранулы подвергают сушке в вакуумной печи при температурных режимах 100-120°С. Затем высушенные обработанные ПЭТ гранулы перерабатывают в зонах I-VI при температурах 90°С, 235°С, 245°С, 250°С, 255°С и 260°С соответственно с последующим получением полимерного материала с улучшенными барьерными свойствами на основе ПЭТ.

Результаты испытаний отражены в таблице 4.

В процессе получения полимерного материала использовалось стандартное лабораторное оборудование: вакуумные шкафы, смеситель, экструдер, известные методики испытаний полученных материалов и соответствующее для этих целей оборудование:

Показатель проницаемости по O₂, см³/м², за 24 часа при 23°С; паропроницаемости, г/м², за 24 часа при 90% относительной влажности и температуре 38°С, измеряемый в соответствии со стандартом DIN 53 380 Т.2 - ASTM D 1434-М.

Как следует из представленных данных, предлагаемый полимерный материал характеризуется улучшенными значениями по показателям проницаемости по O₂ и паропроницаемости.

Технический результат - получение композиционного материала на основе полиэтилентерефталата, обладающего улучшенными барьерными свойствами.