Kompartmentalizované živicové pelety na elimináciu kyslíka a spôsob tepelného spracovania uvedených živicových peliet

Číslo patentu: E 20452

Dátum: 05.05.2006

Autori: Ferrari Gianluca, Sisson Edwin

Je ešte 18 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Tento opis sa týka živicových peliet podľa nároku 1, ktoré sú tvorené najmenej dvoma kompartmentalizovanými zónami v konfigurácii vedla seba (side-by-side).0002 Mnohé priemyselné tovary obsahujú viaceré zložky na ekonomické vylepšenie ich vlastností. Viaczložkové produkty vyrobené z termoplastických a termosetových materiálov sa vo všeobecnosti vyrábajú použitím konečného extrudéra na miešanie roztavených zložiek, ktorým sa homogénne skombinujú rôzne zložky do jedného produktu. ako napríklad do fólie, filmu, vlákna, flaše alebo do dielu vyrobeného vstrekovaním, ktorý sa často nazýva aj predlisok. Tento produkt, najmä predlisok, sa často ďalej spracovávajú na iný produkt, ako napríklad fľašu, podnos, nádobu alebo vrecko.0003 So zvyšujúcimi sa nárokmi na obaly sú potrebné viaceré komponenty na vylepšovanie funkčných vlastností obalu. Medzi dôležitejšie vlastnosti patrí bariéra proti pare alebo špecifickým zlúčeninám, ako je napríklad kyslík. Materiály predstavujúce bariéru proti kyslíku sú nákladné a preto je žiaduce minimalizovať ich náklady vo finálnom obale.0004 Redukované miery prechodu kyslíka sa dajú dosiahnuť použitím metód pasívnej alebo aktívnej bariéry. Metódy pasívnej bariéry redukujú mieru prechodu pary alebo kvapaliny do obalu. Naopak,metódy aktívnej bariéry inkorporujú do steny obalu materiál (materiály), ktorý reaguje s príslušnou parou alebo kvapalinou, a tým zabraňuje ich prechodu cez stenu nádoby.0005 Súčasné obaly integrujú materiál pasívnej bariéry do separátnej vrstvy v stene nádoby. uskutočňuje sa to použitím jedného extrudéra na roztopenie hlavnej zložky a vyformovanie produktu. pričom druhý extrudér roztápa bariérový materiál a injektuje ho do separátnej vrstvy produktu, ktorý tvorí stenu nádoby. Vlastnosti pasívnej bariéry sa dajú zlepšiť napríklad inkorporovanim polyamidovej vrstvy a polyesterovej vrstvy, aby sa vytvorila viacvrstvová nádoba, alebo sa polyester a polyamid môžu homogénne zmiešať v stene nádoby ako alternatíva umiestnenia polyamidu do separátnej vrstvy.0006 Metóda aktívnej bariéry zahŕňa reakciu zlúčeniny v stene nádoby s kyslíkom. Takáto reakcia sa stála známou ako eliminácia kyslíka. US patenty 5 021 515, 5 049 624 a 5 639 815 opisujú baliace materiály a procesy využívajúce polymérne kompozície schopné eliminovať kyslík. Takéto kompozície zahŕňajú oxidovateínú organickú zložku ako napríklad polyamidu podobný m-xylylén adipamid(spoločne označované ako MXD 6) a kovový promótor oxidácie (ako napríklad kobaltovú zlúčeninu). 0007 US patent 5 529 833 opisuje inú organickú kompozíciu zahŕňajúcu etylénovo nenasýtený uhíovodíkový eliminátor kyslíka katalyzovaný promótorom, ako je napríklad katalyzátor z prechodného kovu a chloridový, acetátový, stearanový, palmitanový, Z-etylhexanoátový, neodekanoátový alebo naftenátový protilón. Typické soli kovov sú vybrané z 2-etylhexanoátu kobaltnatého a neodekanoátu kobaltnatého.0008 US patenty č. 6 406 766, 6 558 762, 6 346 308, 6 365 247 a 6 083 585 opisujú funkcionalizáciu oxidovateínej zložky, ako napríklad polybutadiénového oligoméru, a jeho inkorporovanie do kostry matrice hlavného polyméru, ako napríklad polyetyléntereftalátu a/alebo jeho kopolymérov (spoločne sa označujú ako PET), prostredníctvom reakcie. Takáto kompozicia sa môže inkorporovať do steny nádoby ako separátna vrstva steny nádoby alebo môže zahŕňať celú stenu.0009 Prvkové alebo redukované kovové eliminátory sú ďalšou metódou aktívnej bariéry. Tieto kovy,zvyčajne v prítomnosti promótora, ako je chlorid sodný, nereagujú s kyslíkom, kým nie sú vystavené vlhkosti, ktorá spúšťa reakciu. Výhodou kovového eliminátora je to, že peleta obsahujúca eliminátor na báze kovu, nebude reagovať s kyslíkom, pokial sa nedostane do kontaktu s vlhkosťou, teda zložkou,ktorá je mimo pelety. Použitie zložky, ktorá je mimo peletovej kompozície, na iniciovanie reakcie spôsobuje, že ide o spúšťateíný systém. Tým sa líši od predtým diskutovaných organických systémov,ktoré sú aktívne, ked sa zložky skombinujú pn výrobe nádoby alebo pelety. Treba poznamenať, žeexistujú niektoré s kyslíkom reagujúce zlúčeniny, ktoré reagujú s kyslíkom aj ako také, a zároveň sa ich reaktivita dá podporiť a/alebo spustiť.0010 Polymerizácia v pevnom skupenstve účinne zvyšuje molekulovú hmotnosť meranú prostredníctvom viskozity, tak pre polyestery, ako aj pre polyamidy. V procese polymerizácie v pevnom skupenstve sa pelety vystavia teplotám, ktoré sú nižšie ako teplota, pri ktorej sa pelety skvapalňujú. K vystaveniu tejto teplote dochádza v prítomnosti hnacej sily, ako napríklad pomocou inertného plynu alebo vákua. Vedlajšie produkty polymerizačnej reakcie sa odstránia z pelety, čim sa vynúti zvýšenie rovnováhy molekulovej hmotnosti polyméru. Keďže počas výroby dochádza k peletizácii aj polyesteru, aj polyamidu, v US patente 5 340 884 sa odporúča ich skombinovanie v čase,keď sa jedna alebo druhá peleta odlieva počas svojej pôvodnej výroby. Skombinovanie polyesteru a polyamidu, z ktorých jeden alebo druhý je odliaty do peliet, eliminuje následný extrudovací a odlievací krok. Avšak skombinovanie polyesteru a polyamidu v prvom odlievacom kroku vyžaduje, aby sa následné polyester-polyamidové viaczložkové pelety podrobili tepelným spracovávacím kryštalizačným krokom, polymerizácii v tuhom skupenstve a sušeniu, a musia ich vydržať. Tieto kroky tepelného spracovania sa môžu uskutočňovať pri teplote od 40 °C do teploty, ktorá je o niečo nižšia ako teplota, pri ktorej sa peleta skvapalňuje, ako napríklad o 1 °C alebo, typickejšie na komerčné účely, o 5 °C nižšia ako teplota, pri ktorej sa peleta skvapalňuje.0011 Hoci US patent 5 340 884 odporúča skombinovať polyester a polyamid v prvom odlievacom kroku, poznamenáva, že homogénne dispergované kombinácie polyamidu a polyesteru v hlavných šaržiach, koncentrátoch a predzmesiach sa nedajú vystaviť podmienkam polymerizácie v tuhom skupenstve bez toho, aby to malo negatívny vplyv na molekulovú hmotnost polyamidu a bez toho aby sa výrazne nezmenila farba. US patent 5 340 884 to minimalizuje použitím predtým vytvoreného zmesového polyamidového koncentrátu na miešanie s polyesterom. Hoci tento koncentrát môže redukovat niektoré účinky následného tepelného spracovania, nie je velmi účinný. Polyamidpolyesterový koncentrát trpí rovnakým problémom ako separátne polyesterové a polyamidové pelety,ktoré sa spolu sušili.0012 Tento problém sa znásobuje v prípade organického eliminačného systému, ked sa promótor oxidácie pridáva, ked sú polyméry zmiešavané roztopené. Systém reaguje s kys|íkom a akékoľvek následné tepelné spracovanie a aj skladovanie sa musia uskutočňovať v neprítomnosti kyslíka.0013 V kryštalizačnom procese materiál pelety prechádza z v podstate amorfného stavu do kryštalického. Polymérové pelety sú zvyčajne amorfné, ale keď sa vystavia pôsobeniu tepla a času,skryštalizujú. Kryštalickosť sa často vyjadruje ako percento kryštalickosti a často sa interpoluje prostrednictvom vydelenia rozdielu medzi hustotou materiálu a amorfnou hustotou materiálu rozdielom medzi 100 kryštalickou hustotou a amorfnou hustotou (0 Kryštalickosť). Pre polyetyléntereftalát alebo polyetyléntereftalátový kopolymér je amorfná hustota 1,335 g/cm 3, kryštalická hustota je 1,455 g/cma a výraz pre percento kryštalickosti pre danú vzorku je teda(DS -1,335)/(1,455 -1.335) kde Ds je hustota vzorky v g/cma.0014 Úroveň kryštalickosti sa môže stanoviť aj diferenciálnou skenovacou kalorimetriou (DSC alebo D.S.C.), ktorou sa dáva do vzťahu množstvo tepla potrebného na rozpustenie materiálu s množstvom tepla na rozpustenie vzorky so 100 kryštalickosťou.0015 Vytváranie predzmesi zložiek reaktívnych s kyslíkom v peletách má rovnaké obmedzenia ako polyesterpolyamidová zmes. Vytváranie predzmesových peliet reaktívnych voči kyslíku je výnimočne nákladné, pretože predzmesové pelety sú reaktivne voči kyslíku a musia sa spracovávať, uskladňovať a transportovať v neprítomnosti kyslíka. Pelety reaktivne voči kyslíku sa preto balia v neprítomnosti kyslíka, v dusíku, do utesnených fóliových vriec.0016 Navyše, predzmesové pelety reaktivne voči kyslíku sa nemôžu podrobiť post-tepelným procesom, ako sú sušenie, kryštalizácia alebo polymerizácia v tuhom skupenstve. Pred ñnálnym miešaním v roztopenom stave sa predzmes polyesteru a materiálu reaktívneho s kyslíkom musí-3 vysušiť. Pelety teda musia byt schopné vydržať proces sušenia. Sušenie horúcim vzduchom významne znižuje schopnosť materiálu reaktivneho voči kyslíku spotrebúvať kyslík.0017 US patent č. 6 406 766 uvádza, že post-polymerizačné procesy, ako sú sušenie, zbavovanie sa prchavých látok, kryštalizácia a polymerizácia v tuhom skupenstve, redukujú schopnosť eliminovať kyslík, a tiež uvádza, že strata schopnosti eliminovať kyslík sa dá minimalizovať uskutočňovaním takýchto operácií v prostredí bez prítomnosti kyslíka a obmedzením vystavenia kopolyméru kyslíku po takýchto operáciách.0018 Napriek týmto obmedzeniam sa v súčasnom priemyselnom prístupe vytvárajú predzmesi materiálu citlivého na kyslík s promótorom/katalyzátorom v hlavnej šarži, ktoré obsahujú hlavnú zložku konečného produktu, aby sa vytvoril materiál reaktivny voči kyslíku, pričom tento materiál reaktivny voči kyslíku sa prepravuje vo fóliových vreckách a následne sa hlavná šarža sušl v prítomnosti dusíka alebo vo vákuu tesne pred jej zaradením do finálneho procesu extrudovania roztopenej zmesi.0019 Jedna alternatíva využíva separátne pelety jedna peleta obsahuje zložku citlivú na kyslík a druhá peleta obsahuje hlavnú zložku a promótor. Presné odmeriavanie zložiek je ťažké, pre stratifikáciu spôsobenú rôznou špecifickou tiažou a elektrostatickými vlastnosťami peliet a vytváranie predzmesi zložky citlivej na kyslík s inými zložkami a pridávanie promótora/katalyzátora počas finálneho miešacieho kroku v roztopenom stave môže eliminovať náklady na skladovanie, ale znovu zavádza ťažkosti s odmeriavaním a separátnymi dodávacími systémami.0020 US patent 5 627 218 a US patent 5 747 548 opisujú kompartmentalizovanú (zónovanú) peletu,v ktorej sa interaktívne alebo interreaktívne zložky uchovávajú v separátnych kompartmentoch alebo zónach pelety až kým nedôjde k finálnemu kroku miešania roztopených zložiek. Interaktívne/interreaktivne zložky sú chemické reaktanty, ktoré sa tepelné aktivujú, aby sa podieľali na chemickej reakcii, keď sa peleta využíva v procese odlievania do fomíy. Typy reakcie, ktoré sú charakterizované ako interaktívne alebo interreaktívne, sú tie, ktoré sa musia uskutočňovať úplne, aby sa produkty mohli štandardizovať a aby sa mohol obmedziť rast makromolekuly počas odlievania do formy, aby sa predišlo tomu, že by produkt príliš stuhol na to, aby sa dal odlievať do formy. Naopak,kompartmentalizovaná peletová kompozícia podľa US patentu 5 627 218 využíva spomalenie reakcie,aby umožnila naplnenie formy pred tým, ako reakcia konvertuje ľahko tečúce materiály na ťažšie tečúce materiály. Reakčné rýchlosti interreaktivnych/interaktívnych zlúčenín sú takmer univerzálne nízke. Pri miešaní roztopených zložiek začínajú interreakcie prítomných materiálov. Reakčné časy reaktantov nachádzajúcich sa v pelete sú vo všeobecnosti dlhé v porovnaní s časom potrebným na odlievanie do formy alebo extrudovanie. výsledné zvýšenie molekulovej hmotnosti a zložitosti prepojenia zlepšuje fyzikálne vlastnosti a do veľkej miery sa uskutočňuje potom ako sa materiál vyforrnuje do finálneho tvaru. Po vyliatí do formy sa produkt môže nechať pomaly vytvrdzovať, ale vytvrdzovanie v peci sa môže uskutočňovať kedykolvek.0021 Reaktívne extrúzne spracovanie je typické pre termosety. Hoci teoreticky môžu niektoré polyester-polyamidy mierne reagovať, takzvanou trans-amináciou, reakcia by bola veľmi rýchla a určite by nezvyšovala molekulovú hmotnost alebo viskozitu, ani by nepokračovala po kroku extrudovania roztopených zložiek. Je známe, že polyetyléntereftalát nereaguje s poly-m-xylylén adipamidom, MXD 6.0022 US patenty 5 627 218 a 5 747 548 uvádzajú, že kompartmentalizované pelety obsahujú jeden alebo viacero chemických reaktantov, ktoré sa tepelne aktivujú, aby sa podieľajú na chemickej reakcii pri využívaní peliet v procese odlievania do foriem. Môžu sa zahrnúť katalyzátory, ktoré zosilňujú reakciu. Okrem najmenej dvoch chemických reaktantov patenty počítajú aj s nechemicky reaktívnymi aditívami, akými sú napríklad zosilňujúce vlákna, farbivá, mazivá a podobne.0023 Ked sa interaktívne/interreaktívne zložky udržiavajú separované až kým sa nezmiešajú v roztopenom stave, používa sa jediná peleta a odpadajú komplikované systémy dodávania, ktoré sa spájajú s ñnálnym krokom miešania roztopených zložiek. Ani US patent 5 627 218, ani US patent 5 747 548 nepočítajú s alebo neopisujú použitie kompartmentalizovanej pelety, ked dochádza k reakcii so zlúčeninou mimo pelety, napríklad s kyslíkom.0024 US patent 6 669 986 opisuje použitie kompartmentalizovanej pelety na pomoc pri sušení nekryštalizovateľných polyesterov prostredníctvom ich obklopenia s kryštalizovateľným polyesterom,aby sa predišlo blokovaniu alebo Iepeniu. Na uskutočnenie tohto cieľa US patent 6 669 986 uvádza,.4 že zložky musia byť chemicky podobné, aby sa dali využiť v následnom roztápacom procese. US patent 6 669 986 ani neopisuje, ani nepočíta s použitím kompartmentalizovanej pelety na ochranu produktov pred reakciou s extemou zlúčeninou, ako napríklad s kyslíkom vo vzduchu.0025 US patent 6 669 986 opisuje aj ochranu zložiek pelety pred vodou, ked voda spúšťa reakciu eliminátora kyslíka na báze kovu. Ako bolo diskutované vyššie, je to ochrana pred spúštacím mechanizmom a neopisuje sa ochrana pred reagovaním so zlúčeninou alebo ked je promótor vo vnútri pelety. US patent 6 669 986 však neuvádza ochranu zložiek pred reagovaním s kyslíkom. 0026 Oba US patenty, 5 747 548 a 6 669 986, opisujú typy kompartmentalizovaných alebo zónovaných peliet podľa predvýznakovej časti 1. nároku a to ako vyrobiť Kompartmentalizovaná alebo zónované pelety. Príklady kompozícii, ktoré neboli brané do úvahy v predchádzajúcom stave techniky,sú tie peletové kompozície, pri ktorých najmenej jedna zo zložiek reaguje so zlúčeninami v prostredí,ako napriklad s kyslíkom nachádzajúcim sa vo vzduchu.0027 Opisuje sa proces a konfigurované produkty na simultánne tepelné spracovanie najmenej troch zlúčenin, ked tieto tri zlúčeniny zahŕňajú zložku citlivú na kyslík, zložku inertnú voči kyslíku a reakčný promótor, pričom zložka citlivá na kyslík sa nachádza v prvej kompartmentalizovanej zóne a zložka inertná voči kyslíku sa nachádza v druhej kompartmentalizovanej zóne a prvá kompartmentalizovaná zóna a druhá Kompartmentalizovaná zóna sú konfigurované vedla seba, side-by-side, pričom žiadna zóna neobklopuje druhú zónu v žiadnej rovine pelety. Výhodné uskutočnenie pelety podľa vynálezu pozostáva v podstate z dvoch kompartmentov a, výhodnejšie, len z dvoch kompartmentov. Výhodne majú tieto kompartmenty kontinuálnu štruktúru.0028 Opis dalej vysvetľuje proces tepelného spracovania živicovej pelety zahŕňajúcej zložku citlivú na kyslík, zložku inertnú voči kyslíku a reakčný promótor, pričom zložka citlivá na kyslík sa nachádza v prvej kompartmentalizovanej zóne a zložka inertná voči kyslíku sa nachádza v druhej kompartmentalizovanej zóne, ktorý zahŕňa zahrievanie živicovej pelety na teplotu v rozsahu od 40 °C do teploty, ktorá je o najmenej 1 °C nižšia ako teplota, pri ktorej sa peleta skvapalňuje.Obrázok 1 znázorňuje živicovú peletu s dvoma kompartmentami alebo zónami v konfigurácii jadropuzdro, ktoré nie sú v súlade s predloženým vynálezom.Obrázok 2 znázorňuje živicovú peletu s dvoma kompartmentami alebo zónami v konfigurácii jadropuzdro, ktoré nie sú v súlade s predloženým vynálezom, pričom jadro je enkapsulované, obklopené alebo uzavreté do vrstvy vonkajšieho puzdra.Obrázok 3 znázorňuje živicovú peletu s troma kompartmentami alebo zónami vo viacvrstvovej alebo sendvičovej konfigurácii.Obrázok 4 znázorňuje živicovú peletu s troma kompartmentalizovanými zónami, ktoré sú konfigurované v dvoch koncentrických vrstvách obklopujúcich jadro, čo nie je v súlade s predloženým vynálezom.Obrázky SA, SB. 5 C znázorňujú príklady rôznych konfigurácii živicových peliet s dvoma kompartmentami, pričom tieto kompartmenty ležia vedla seba, čo sa nazýva konfigurácia side-by side .0030 Kompartmentalizovaná konfigurácia, ktorá je podrobne opísaná nižšie, sa využíva pre reaktívne kyslíkové systémy, pričom umožňuje, aby sa podrobili následným tepelným procesným krokom v prostredí kyslíka, ako napríklad na vzduchu, ktoré zahŕňajú, ale nie sú obmedzené na

MPK / Značky

MPK: C08J 3/12, C08K 5/00, B29B 13/02, B29B 9/12

Značky: spôsob, peliet, živicové, elimináciu, kyslíka, pelety, spracovania, živicových, kompartmentalizované, uvedených, tepelného

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/26-e20452-kompartmentalizovane-zivicove-pelety-na-eliminaciu-kyslika-a-sposob-tepelneho-spracovania-uvedenych-zivicovych-peliet.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Kompartmentalizované živicové pelety na elimináciu kyslíka a spôsob tepelného spracovania uvedených živicových peliet</a>

Podobne patenty