[发明专利]PET纳米复合材料和由其制备的容器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年3月13日提交的美国申请No.61/778,571的优先权，其公开内容在本文中通过参考全文引入。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二酯(PET)已长时间见于特别地在生产软饮料瓶子中的许多包装应用，这至少部分是因为它具有高的透明度和良好的机械及阻隔性能。近年来，软饮料以及其他饮料的消费广泛增加，这造成产生大量的包装材料，例如PET。除了与生产和弃置的经济问题以外，这些材料主要是不可生物降解的和遭受一些环境问题。因此，高度期望发现降低这种材料的经济和环境影响的新方法。改进PET的机械性能而不影响其透明度和阻隔性能使得可减少硬质包装(例如瓶子)的重量。

PET是工业化的芳族聚酯材料之一，它广泛地用于纤维、薄膜领域，并特别地用于生产饮料瓶，因为它具有高的透明度和良好的阻隔性能。由于PET是在环境中稳定且不可降解的化合物，因此总是存在巨大挑战来降低PET-基产品的经济和环境影响。换句话说，有利的是使用更少的材料而不丧失性能(轻的包装)。为此，该材料必须具有更高的机械性能，以便保持稳定性和最终用户所要求的性能。尽管对开发降低重量的包装体系具有大的需求，但相对低的阻隔和机械性能是这种包装的主要缺点。

纳米复合材料是一组新的工程材料，它见于各种工业领域，例如机动车、建筑和包装中的许多应用中，因为它们具有优良的性能、低的成本和重量。基于与其他工程材料例如金属相比，诸如PET之类的聚合物材料缺少热稳定性和低模量的这一事实，将不同类型的填料掺入到聚合物基体中，以克服这些缺点。这些常规的填料通常在微米尺寸范围内。

随着纳米颗粒的开发和由于它们的优点，许多研究者考虑使用它们作为纳米填料，以增强聚合物复合材料。纳米颗粒可在复合材料内的不同相之间提供大的接触面积，这可导致对聚合物显著的增强效果。通过添加填料到聚合物基体中来开发复合材料可改进该材料的许多性能。已最多地研究了具有层状结构的填料，例如绿土类型的粘土和尤其是锂蒙脱石、蒙脱土和合成云母，因为它们提供机械和阻隔性能的改进且没有牺牲透明度。许多研究集中在纳米粘土-PET复合材料的阻隔和机械性能上；然而，报道了很少改进。

改进绿土类型的粘土的分散性的改性剂在PET的加工温度下不是热稳定的。这些改性剂的分解可导致聚合物基体降解，和负面影响复合材料的机械和光学性能。与绿土类型的粘土相反，高岭土是一种层状铝硅酸盐，其中在该结构内的每一层包括两层子层：共享氧原子的共平面的氧化铝八面体片和氧化硅四面体片。高岭土广泛地用于许多工业应用，例如纸张，陶瓷，油漆，橡胶和塑料工业。高岭土层的不对称结构在每一层的一侧上的氧原子与在相邻层的另一侧上的羟基之间产生了大的叠加的偶极矩和氢键，从而导致各层之间大的内聚能。

这一内聚能的结果是，仅仅一些有限的有机分子可插入高岭土各层之间的空间中。对于本领域技术人员来说，公知如何插入高岭土层的空间的方法和工序。例如，可借助熔体反应策略，在高岭土层内插入咪唑鎓衍生物。另外，其他最近的研究包括(1)在室温下，使用溶液，借助在高岭土层间空间直接插入聚(乙烯吡咯烷酮)，而在聚乙烯吡咯烷酮内引入有机改性的高岭土；(2)使用高岭土-DMSO作为起始材料，借助原位聚合在高岭土内插入聚苯乙烯/马来酸酐；(3)在插入PVC链之前，通过DMSO，借助膨胀层间空间的溶液方法，生成PVC(聚氯乙烯)-高岭土纳米复合材料；(4)使用高岭土-DMSO中间体，将聚苯乙烯插入到高岭土内；和(5)在双螺杆挤出机中，通过在高岭土的层间空间和商业尼龙6内聚合6-氨基己酸(AHA)，制备高岭土-尼龙6复合材料。结果表明，各种聚合物纳米复合材料的机械性能相对于聚合物本身得到改进。

发明概述

以下列出了本发明公开内容的简化概述，以便提供一些方面的基本理解。并不意欲鉴定本发明公开内容的重要或关键要素或者描绘本发明公开内容的范围。以下概述仅仅以简化形式列出了本发明公开内容的一些概念作为以下提供的更加详细的说明的前奏。