[发明专利]阻隔添加剂

说明书

本发明涉及制备增容的高纵横比阻隔添加剂和包含该增容的高纵横比阻隔添加剂的聚合物组合物的方法。本发明还涉及通过这些方法制备的组合物，和由本发明的聚合物组合物形成的制品。阻隔添加剂为气体分子如氧气和二氧化碳提供被动阻隔，最大程度地减少这些分子通过含有该阻隔添加剂的聚合物制品的侧壁。

优先权要求

本申请要求(a)于2016年3月15日提交的美国临时专利申请序列号62/308,297(代理机构案卷号57473-1)和(b)于2017年1月30日提交的美国临时专利申请序列号62/452,033(代理机构案卷号12017001)的优先权，它们都通过参考结合于此。

发明领域

本发明涉及制备增容的高纵横比阻隔添加剂和包含该增容的高纵横比阻隔添加剂的聚合物组合物的方法。本发明还涉及通过这些方法制备的聚合物组合物，和由本发明的聚合物组合物形成的制品。

发明背景

聚酯，尤其是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)，是通用聚合物，其作为纤维、膜和三维结构具有广泛的适用性。PET的一个特别重要的应用是用于容器，特别是用于食品和饮料的容器。该应用在过去30年中取得了巨大的增长，并且继续受到越来越多的欢迎。尽管有这种增长，但PET有一些基本限制，限制了它在这些市场中的应用。一个这样的限制涉及其对诸如氧气和二氧化碳的气体的渗透性。

已经开发了许多技术来解决这种限制。例如，已开发出具有改进的阻隔性能的聚酯共聚物和掺混物，例如含有间苯二甲酸或2,6-萘二羧酸的PET掺混物和共聚物，以及PET与MXD6尼龙的掺混物。旨在改善PET的阻隔性质的其他发展包括有机和无机阻隔涂层(例如环氧-胺，石墨和SiO_x涂层)的沉积和包含高阻隔聚合物(例如EVOH或MXD6)的多层结构。然而，这些技术中的每一种虽然能有效地提供某种程度的阻隔改进，但它们都有其自身的缺点，包括过高的单位成本，高昂的前期成本，对新的专用制造设备的需求，高废品率，缺乏坚固性和对再循环能力的负面影响。因此，它们的采用和商业成功受到限制。因此，仍然需要一种用于PET的阻隔技术，其不需要新的制造基础设施或加工设备，对成本的影响最小，对再循环能力没有不利影响，并且坚固且可再现。

一种可满足这些诸多要求的技术涉及将无机阻隔添加剂掺入PET中，从而形成PET复合组合物。当添加剂具有高纵横比时，所得复合材料原则上在低添加水平下具有改善的阻隔性能。

然而，尽管这种PET复合材料提供的阻隔改善具有潜在的优点，并且许多人投入了相当多的努力对其进行了开发，但是开发用于聚酯的合适的阻隔添加剂一直是难以捉摸的。这种缺乏成功的原因在于将高纵横比添加剂分散到任何粘性高分子量聚合物中相关的许多问题，特别是涉及用于生产PET制品的方法的性质方面的问题。具体而言，在大多数PET应用中，无论是作为膜，热成形片材还是三维容器，将固体PET形式加热至高于其玻璃化转变温度并进行双轴取向处理，从而(或同时或顺序地)在两个不同的方向上快速拉伸聚合物，得到取向产品。虽然这种拉伸过程产生轻质、机械强度高的结构，但它也使任何包含在其中的阻隔添加剂受到相当大的力，这些力会打碎无机阻隔颗粒和/或在聚合物-颗粒界面处形成空隙。因此，尽管有剥离的阻隔添加剂成功地掺入无定形、未取向的PET中的零星报道，但在双轴取向时总是失去所有的阻隔性能。

除聚酯外，许多其他聚合物还用于气体、水或有机分子的渗透是有害的应用中。例如，聚烯烃广泛用于制造天然气输送管，汽车气罐用管和食品包装用管。聚二烯广泛用作诸如充气轮胎之类的结构的橡胶。聚乙烯类如聚氯乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)也经常用于需要增强阻隔性能的应用中。在一些这样的应用中用作阻隔层的聚酰胺也将受益于由高纵横比阻隔添加剂的掺入引起的增强的阻隔性能。尽管具有潜在的益处，但在所有这些材料中使用高纵横比阻隔添加剂是有限的或不存在的，因为加入这种阻隔添加剂所带来的技术挑战尚未得到克服。

发明内容