CN1116358C - 热塑性树脂组合物和模塑制品 - Google Patents
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Abstract
〔目的〕本发明的目的在于提供一种能在广范围内控制透湿性能的、同时保持高透气性的树脂组合物,以及包含所述组合物的模型制品或包装材料,特别是诸如水果和蔬菜等食品的包装材料。〔组合物〕一种热塑性树脂组合物,其特征在于,将含有作为结构单元的聚醚链的聚合物(A),按JIS K6760确定的密度小于0.91克/厘米3的聚乙烯(B)以及相容剂(C)按重量比A/B/C=99.5~0.5/0.5~99.5/0~30(此处A+B+C=100)进行共混;以及包含所述组合物的模型制品,特别是用于蔬菜和水果培育或食品贮藏的包装材料。
Description
〔工业利用领域〕
本发明涉及一种热塑性树脂组合物及其模型制品。其目的在于提供一种在保持高透气性的同时、能在广范围内控制透湿性能的树脂组合物;以及包含该组合物的模型制品或包装材料,特别是诸如水果和蔬菜之类的食品包装材料。
〔现有技术〕
诸如聚烯烃之类的热塑性树脂迄今已广泛应用于各种用途之中,因为其容易处理并且具有良好的性能平衡,它们作为包装材料也是有价值的。在这些情况下,依所使用的树脂,按照特定的目的,能设计出并使用各种类型的材料,其范围包括具有高透气性的透气薄膜到具有低透气性的隔离材料,但是没有几种材料具有高透湿性。世人已知这类技术,例如将高透气材料和低透气性材料共混或层压。然而,当用于贮存食品时,存在一些问题,例如:水蒸气凝结于里面,并且有水珠粘附,这样就不能看到里面,或者,所凝结的水分加速了内部物品的品质降低,并有发生腐败的趋势。此外,有欲长期贮存的情况下,控制透气性也是有限度的。
为了解决这些问题,已知在薄膜中制成许多小孔的方法,小孔或者借助于针等采用机械方法制成,或者借助激光等采用物理化学方法制成,透气性由所存在的这些小孔的孔径和密度控制(参见,例如,日本待审查专利申请No.47-23478,62-148247和2-85181等)。另外,提出了采用在薄膜中形成局部极薄区域但尚未达到产生小孔的程度这样一种方法提高透湿性能。然而,在这些方法中,不仅,因小孔区和其他区域之间的透气性能差异巨大,而在整个薄膜范围内难以获得均一性,而且,也存在一些诸如薄膜强度减弱和渗透选择性降低的问题。
另一方面,还提出了一些方法,在这些方法中抛弃了提高薄膜自身透气性的任何尝试,因此,在内部吸收起控制代谢作用的气体,而置入有害气体和湿气的吸收剂(参见,例如,日本待审查专利申请No.3-14480等)。然而,这些方法是麻烦的,并且,其作用不能满足必要的要求。
现在,已知一类除含有聚烯烃和/或官能聚烯烃之外还包含含有聚醚的嵌段聚酰胺的组合物(参见,例如,日本待审查专利申请No.1-163234以及欧洲专利申请Nos 459862、475963、559284、657502和675167等)。作为效果,叙述了湿气传递、高抗冲回弹性以及抗静电性等。然而,仅对聚烯烃作了概述,而未提及注意其密度以便控制透气性。
〔本发明待解决的问题〕
本发明以如下发现为基础,即,在保持高透气性的同时、将透湿性控制在所需要的范围内,这一目的可以通过渗入规定密度的树脂实现。
〔解决问题的方法〕
本发明是一种热塑性树脂组合物,其特征在于,将含有作为结构单元的聚醚链的聚合物(A)、密度按JIS(日本工业标准)K6760确定为0.91克/厘米3以下的聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物(B)、以及相容剂(C)按A/B/C重量比为99.5~0.5/0.5~99.5/0~30(在此A+B+C=100)进行共混;以及该热塑性树脂组合物的模塑制品或包装材料。
在本发明中,“含有作为结构单元的聚醚链的聚合物(A)”意指一种聚氧化烯链和其他聚合物链键合在一起的嵌段共聚物,或者一种聚氧化烯链经偶联区(coupling regions)连接在一起的聚合物。此外,聚氧化烯的实例是聚氧化乙烯、聚(1,2和1,3-氧化丙烯)、聚四氢呋喃(polyoxytetramethylene)、聚六亚甲基醚(pdyoxyhexamethylene)、环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段或无规共聚物、环氧乙烷和四氢呋喃的嵌段或无规共聚物等。特别优选亚烷基部分中含有2~4个碳原子者,聚氧化乙烯为最优选者。聚氧化烯的数均分子量为200~6000,优选300~4000。
优选在本发明中使用的“含有作为结构单元的聚醚链的聚合物(A)”为聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、聚醚-聚酯嵌段共聚物或聚醚氨酯。其中,特别优选聚醚-聚酰胺嵌段共聚物。
在本发明中所使用的“聚醚-聚酰胺嵌段共聚物”是一种将聚氧化烯链(a)和聚酰胺链(b)键合在一起的聚合物,其中,后者包含具有6个或更多碳原子的内酰胺或氨基羧酸的聚合物、或者包含具有至少6个碳原子的二胺和二羧酸的盐的聚合物。(a)和(b)经具有4~20个碳原子的二羧酸连接在一起时,该材料一般称为聚醚酯酰胺,也把这种物质包含在本发明中。此处,作为“具有6个或更多碳原子的内酰胺和氨基羧酸,或具有至少6个碳原子的二胺和二羧酸的盐”,优选使用11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、己内酰胺、十二碳内酰胺、六亚甲基二胺/己二酸盐或六亚甲基二胺/癸二酸盐等。另外,能够一起使用两种或两种以上上述(a)和(b)组分。
生产该种聚合物的方法是,例如,在日本已审查专利申请No.56-45419等中所述的方法。这类聚合物的具体实例是Pebax (ElfAtochem)、ELY(EMS)和Vestamid(Hòls)等。在本发明所使用的嵌段共聚物中,聚醚和聚酰胺组分的类型和重量比依目的和用途选择。从透湿性、耐水性和加工性能等观点看,优选聚醚/聚酰胺的比为4/1至1/4。
本发明所使用的“聚醚-聚酯嵌段共聚物”是一种将聚氧化烯链(a)和聚酯链(d)连接在一起的聚合物,其中聚酯是一种具有6个或更多的碳原子的羟基羧酸的聚合物,或者是一种具有两个或更多碳原子的二羟基化合物和芳香二羧酸的聚合物。另外,可以结合使用两种或两种以上类型的这些组分(a)和(d)。生产这种聚合物的方法是,例如:美国专利4739012所述的方法。可以具体列出的有Hytrel〔杜邦(DuPount)〕、Pelprene P型〔东洋纺(Toyobo)〕和Rekuse〔帝人(Teijin)〕。在本发明使用的嵌段聚合物中,上述的(a)和(d)组分的重量比由目的和用途决定。虽然同样是热塑性聚酯弹性体,聚酯-聚酯嵌段共聚物(例如Pelprene S型)几乎没有作用。
本发明所使用的聚醚氨酯是一种聚醚作为柔性链段使用的热塑性聚氨酯。聚酯型或己内酯型聚氨酯几乎没有作用。具体地说,聚醚氨酯的通常制法是,由有机二异氰酸酯和分子量为500~6000的聚醚反应,并且依具体情况在催化剂存在下进行链增长。
作为异氧酸酯,优选使用甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯(diphenylmethane diisocyanate)等;而作为聚醚,优选使用聚丁二醇、聚环氧丙烷或聚氧化乙烯。
在本发明中,这些聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、聚醚-聚酯嵌段共聚物或聚醚氨酯可以单独使用,或者以其混合物的形式使用,或者在嵌段共聚物的情况下,可以使用具有不同类型的和/或在每种树脂中具有不同比例的柔软/硬链段的两种或多种聚合物的混合物,或者还可以使用与其他树脂的共混物,只要其用量范围能实现本发明的目的。
在本发明中,按JIS K6760确定的密度为0.91克/厘米3以下的聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物(B)指的是乙烯均聚物、或乙烯与不大于10~20%(摩尔)α-烯烃单体(共聚单体)的共聚物,此处所述聚合物或共聚物按JIS K6760确定的密度为0.91克/厘米3以下。因此,不包括一般通用聚乙烯,即按JIS K6748或ASTM D1248所确定的密度为0.91克/厘米3或以上的聚乙烯,这些均在本发明范围之外。进一步优选密度小于0.90克/厘米3。
聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物采用常用已知聚合方法制得,即:乙烯均聚或乙烯与α-烯烃单体(共聚单体)〔例如丙烯、丁烯、己烯、辛烯、癸烯或4-甲基-1-戊烯等〕共聚,所采用的是基于氧或过氧化物催化剂的高压自由基聚合方法、基于齐格勒-纳塔催化剂或者二氧化硅-或氧化铝-载体上的催化剂的中/低压配位聚合法,或者具有均匀活性点的‘单点活性(single site)催化剂(SSC)’的聚合方法,该催化剂的典型是Kaminsky型二茂金属络合物催化剂。这类超低密度聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物的实例是Rumitakku 9P107T或43-1〔东丽(Toray)〕、Eboryu SPO540〔三井石油化学(MitsuiPetrochemical)〕、Engage EG8150或8100〔道化学(Dow Chemical)〕和Affnity PF1140、PL1880或FW1650(道化学)等。
其中,对于指定密度而言,特别优选基于单点活性催化剂的聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物。
在本发明中,依情况而定,可以使用相容剂(C)。本发明中“相容剂C”是一种为提高含有作为结构单元的聚醚链的聚合物(A)和密度为0.91克/厘米3以下的聚乙烯(B)的相容性而使用的聚合物,它包括选自下述类型的一种或多种聚合物,所述类型包括用不饱和羧酸、不饱和羧酸酐或不饱和环氧化物接枝或共聚的聚烯烃或者它的(甲基)丙烯酸酯或醋酸乙烯酯共聚物。具体实例是马来酸酐接枝的聚乙烯或聚丙烯、乙烯/马来酸酐共聚物、乙烯/丙烯酸烷基酯/马来酸酐三元共聚物、乙烯/醋酸乙烯酯/马来酸酐三元共聚物以及乙烯/丙烯酸烷基酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元共聚物等。
含有作为结构单元的聚醚链的聚合物(A)、密度小于0.91克/厘米3的聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物(B)和相容剂(C)的按重量计的混合比为A/B/C=99.5~0.5/0.5~99.5/0~30,优选95~5/5~95/1~20。对于贮存具有显著呼吸作用的物品来说,A/B/C的范围为99~55/1~45/0~30,并优选地推荐90~60/10~40/1~20。对于贮存较易干燥的物品而言,A/B/C的范围为45~1/55~99/0~30,并优选地推荐40~5/60~95/1~20。在这些情况下,每种情况均应A+B+C=100。通过按所述比例共混这些组分,能够在保持高透气性的同时,在广范围内控制透湿性。
对于这种树脂组合物,各种树脂能够按规定比例进行干混,然后直接挤出生产模塑制品;或者,在模塑之前,将(A)、(B)或(C)熔融共混,并且先成形为粒子,或者,先将(A)和(C)或(B)和(C)共混,然后,在模塑同时,使共混物与(B)或(A)一道挤塑或注塑,生产模塑制品。换句话说,也能使用所谓的母料法。采用普通单螺杆挤出机或双螺杆挤出机等进行熔融共混。熔融温度依树脂类型和比例而定,但是一般使用120~230℃。
在本发明的树脂组合物中,能够任选包括已知抗氧剂、防热分解剂、紫外光吸收剂、耐水解性改善剂、着色剂(染料和颜料)、抗静电剂、导电体、晶核化剂、结晶促进剂、增塑剂、易滑(ready-slip)剂、润滑剂、脱模剂、阻燃剂和辅助阻燃剂等,其范围以本发明特性不受损失为度。
本发明树脂组合物可以用来生产诸如片材、薄膜或管材等的挤出制品,或者诸如容器的注塑制件,并且也可以在与其他热塑性树脂共混后使用。当生产挤出制件时,除吹胀之外,还能使用诸如T-模头***的各种其他方法。
〔实例〕
以下借助实例更具体地说明本发明,但是,不用说,本发明并不只限于这些实例的范围内。实例中的各种性能数据采用如下方法进行测定。
(1)密度(单位:克/厘米3)
按JIS K6760进行测定。
(2)MFI(单位:克/10分钟)熔体流动指数
在2.16千克负荷、190℃下按JIS K6760进行测定。
(3)特性粘度(单位:克/分升)
采用聚合物间甲酚溶液在20℃下测定溶液粘度,从所得溶液粘度计算而得特性粘度。
(4)湿气传递(透湿性)(单位:克/米2·天)
按JIS Z0208在条件B(40℃,相对湿度90%)下对薄膜进行测定。
(5)透气性(单位:毫升/米2·天·大气压)
用压差法进行测定。具体条件如下:
设备:透气性测定仪,型号GTR-10XE,
Yanako Bunseki Kogyo公司制造
试验面积:15.2厘米2(直径44毫米)
检测方法:基于具有固定温度(attached temperature)的TCD
(热导检测器)的气相色谱仪的工作曲线***
相对湿度:25℃,0%RH
载气:氦,70千帕
扩散气体:CO2/O2/N2/C2H4(30.0/30.0/39.12/0.88体积%)
另外,所使用的树脂如下所示。
A-1:特性粘度为约1.5的聚醚酯酰胺,包含聚氧化乙烯链(平均分子量1500)和聚酰胺12链(平均分子量1500)
A-2:特性粘度为约1.5的聚醚酯酰胺,包含聚氧化乙烯链(平均分子量1500)和聚酰胺12链(平均分子量4500)
A-3:聚醚酯酰胺,包含聚氧化乙烯链(平均分子量1500)和聚酰胺6链(平均分子量1500)
B-1:MFI为5、密度为0.87的聚乙烯,采用二茂金属络合物催化剂聚合制备。
B-2:MFI为1.6、密度为0.895的聚乙烯,采用二茂金属络合物催化剂聚合制备
B-3:MFI为4、密度为0.905的聚乙烯,采用二茂金属络合物催化剂聚合制备。
B-4:MFI为8、密度为0.905的聚乙烯,采用自由基聚合制备
B-5:MFI为4、密度为0.920的聚乙烯,采用二茂金属络合物催化剂聚合制备
B-6:MFI为4、密度为0.920的聚乙烯,采用自由基聚合制备
C-1:乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三元共聚物,含有6%(重量)共聚单体和3%(重量)马来酸酐
C-2:乙烯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物,含有8%(重量)甲基丙烯酸缩水甘油酯。
〔实例1~6,比较例1~2〕
制备组合物No.1~8,其方法是,将树脂A、B和C以重量比A/B/C=30/55/15混合在一起,然后用设定为160~180℃的双螺杆挤出机熔融挤出,制得粒料。采用装有T-模头的单螺杆挤出机,螺杆尖端为180℃,从粒料制得厚度为25μ的薄膜。各种情况的薄膜性能列于表1。在从使用密度大于0.91的聚乙烯的组合物No.7和8制备薄膜的情况下,虽然其湿气传递大致相同,但唯有透气性差(比较例1和2)。另外,在聚乙烯密度相同的情况下,采用单点活性催化剂聚合得到的材料透气性稍好(对比实例5和6,比较例1和2)。
组合物序号 | A | B | C | 湿气传递 | CO2,透气性 | O2,透气性 | |
实例1 | 组合物1 | A-1 | B-2 | C-1 | 140 | 105,000 | 18,100 |
实例2 | 组合物2 | A-2 | B-2 | C-1 | 125 | 72,400 | 15,200 |
实例3 | 组合物3 | A-2 | B-2 | C-2 | 130 | 73,000 | 15,500 |
实例4 | 组合物4 | A-2 | B-1 | C-1 | 170 | 105,200 | 23,000 |
实例5 | 组合物5 | A-2 | B-3 | C-1 | 80 | 65,000 | 13,300 |
实例6 | 组合物6 | A-2 | B-4 | C-1 | 90 | 60,000 | 12,300 |
比较例1 | 组合物7 | A-2 | B-5 | C-1 | 70 | 43,700 | 8,800 |
比较例2 | 组合物8 | A-2 | B-6 | C-1 | 85 | 41,500 | 8,400 |
〔实例7,比较例3~5〕
将由组合物Nos2和8制备的薄膜切成A4大小,然后,每种情况取两块,一块置于另一块上,并将三侧热封制成袋。在袋中装入一串(约500克)葡萄(Kyoho)葡萄,然后热封最后一边。为了比较,将若干串以相同方式用培育葡萄使用的纸袋以及市售厚度为25μ的低密度聚乙烯袋包装。将装有葡萄的袋保存在5℃冷藏室中1个月,然后取出并检查内容物。在纸袋情况下,发现茎变成棕色,并且各个葡萄有从串上脱落的倾向(比较例3)。另外,在市售聚乙烯袋的情况下,有许多水滴附于袋上,并且在葡萄上生出白霉(比较例4)。此外,从组合物No.8制的薄膜袋所包装的葡萄串看起来基本完好,但葡萄损失了一些香味(稍有醇味)(比较例5)。相比之下,由组合物No.2制的薄膜袋所包装的葡萄串,茎看来仍为新鲜并且是绿色,而且葡萄香味优良(实例7)。
〔实例8,比较例6〕
采用与实例1相同的方法制备A/B/C=65/25/10(重量)的组合物薄膜,其性能列于表2。可见,即使薄膜样品湿气传递大致相同,但是基于高密度聚乙烯薄膜透气性低劣。
组合物序号 | A | B | C | 湿气传递 | CO2透气性 | O2透气性 | |
实例8 | 组合物9 | A-2 | B-2 | C-1 | 780 | 54,900 | 7,000 |
比较例6 | 组合物10 | A-2 | B-6 | C-1 | 800 | 43,000 | 5,000 |
〔实例9,比较例7〕
为装入22个桃子除去波纹纸板箱的上盖,22个桃从树上摘下之后立即装入箱中。然后,或者用实例8制的薄膜或者用尼龙薄膜将整个包装箱打包,并且热封。在室温(23℃)下保存7天之后,从包装内取出气体样并分析,此后打开包装并检查内容物。用实例8所制的薄膜包装的桃子全部仍有良好外观,当用餐刀切开中间时,未发现异常物,并且气味良好。另外,包装内气体浓度为二氧化碳6%、氧7%(实例9)。另一方面,对于用尼龙薄膜包装的桃子,22个桃子中有3个损坏变黑,并且有相当大的醇味。包装内气体浓度为二氧化碳15%、氧12%,推断,由于透气性低,发生一些厌氧发酵(比较例7)。
〔本发明效果〕
如上所述,在本发明组合物中,对于具有聚醚链的聚合物,规定比例的具有规定密度的聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物,进行共混,这样,能够制得在广范围内具有理想透湿性能的、同时仍保持高透气性的模塑制品;以及,特别是能够提供一种培养或贮藏水果和蔬菜的包装材料。
Claims (7)
1.一种热塑性树脂组合物,其特征在于,将下列物质按AB/C重量比为99.5~0.5/0.5~99.5/0~30,在此A+B+C=100,进行共混:
含有作为结构单元的聚醚链的聚合物(A),其是至少一种下述物质,包括聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、聚醚-聚酯嵌段共聚物和聚醚氨酯,
密度按日本工业标准JIS K6760确定为0.91克/厘米3以下的聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物(B),其是乙烯均聚物或乙烯与不大于10-20摩尔%的α-烯烃单体的共聚物,
以及相容剂(C),其是至少一种选自下述的物质,包括用不饱和羧酸、不饱和羧酸酐或不饱和环氧化物接枝或共聚的聚烯烃或该聚烯烃的(甲基)丙烯酸酯或醋酸乙烯酯共聚物。
2.按照权利要求1的热塑性树脂组合物,其特征在于,聚醚链是聚氧化乙烯链。
3.按照权利要求1的热塑性树脂组合物,其特征在于,聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物的密度小于0.90克/厘米3。
4.按照权利要求1的热塑性树脂组合物,其特征在于,聚乙烯或聚乙烯为主要组分的共聚物(B)借助于单点活性催化剂制备。
5.由权利要求1的组合物成型的模型制品。
6.包装材料,特征在于权利要求5的模型制品是薄膜、片材、袋。
7.按照权利要求6的包装材料,其特征在于,应用于果品或蔬菜的培育或贮藏。
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