锂-钾共聚硅酸盐阻挡涂层制造技术

提供了赋予涂布涂层的聚合物基体更优的蒸气、气体和香气的渗透特性的一种方法和新的阻挡涂料溶液。该方法和溶液使用了式为（Ｌｉ↓［２］Ｏ）↓［ｘ］（Ｋ↓［２］Ｏ）↓［１－ｘ］（ＳｉＯ↓［２］）↓［ｙ］的锂－钾共聚硅酸盐。在该方法中，若ｘ小于１，则ｙ在１到１０之间；或者若ｘ为１，则ｙ大于４．６。对于所述新的涂料溶液，若ｘ小于１，则ｙ大于４．６；或者若ｙ在１到１０之间，则ｘ大于０．５。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是1996年5月22日提出的美国专利申请No.08/652,287的部分延续。本专利技术通常涉及用于聚合物制品的硅酸盐基阻挡涂层。很早就知道碱金属聚硅酸盐用作保护性涂层，以改变聚合物薄膜和其它制品的渗透性或表面特性。已知锂(Li)、钠(Na)和钾(K)的聚硅酸盐可有效地用作各种表面的防护性涂层。例如1995年1月20日公开的日本专利公开No.H7-18202，述及了用于金属、合成树脂、玻璃、木、水泥等的一种不溶于水的涂层材料和粘合剂，它包含钠或钾的硅酸盐的水溶液和硅酸锂的水溶液的混合物，其钠或钾的硅酸盐与硅酸锂的比在1-3的范围内。另一个例子是Hecht和Iler在加拿大专利No.993738中描述了一种用于聚合物基体的气体和液体的不可渗透膜，它包含具有SiO2与Li2O摩尔比为约1.6～4.6的聚硅酸锂。然而，已经知道在引入某些聚硅酸盐涂层以后聚合物制品变得模糊不清。聚硅酸钠(Na)涂层的粉化趋势，即由于暴露于空气中而逐渐由一层粉末状结晶物质所覆盖的现象，已有述及。本专利技术人在聚硅酸锂涂层中也观察到了类似特征。相反，纯聚硅酸钾涂层并不粉化，但在相对湿度为50％以上时会严重丧失阻挡性能。另一方面，纯聚硅酸锂涂层在相同的相对湿度范围内并不或极少量地丧失阻挡性能。在阻挡涂层领域中，尚需要能克服上述不足，并可广泛用于聚合物制品如包装产品的蒸气、气体和/或香气的阻挡涂层的涂层组合物和方法。在一方面，本专利技术提供一种方法，用于为聚合物基体在高的相对湿度下提供改善了的蒸气、气体和香气的阻挡性能。该方法包括用一种阻挡涂料溶液涂布所述基体，而所述溶液包含一种式为(Li2O)x(K2O)1-x(SiO2)y的锂-钾共聚硅酸盐，其中x是复合碱金属氧化物(M2O)中Li2O的摩尔分数，y是SiO2∶M2O摩尔比。该方法中，x在0～1范围之内，含0和1。具体地说，若x小于1,y在1～10之间；而若x为1,y大于4.6。在另一方面，本专利技术提供一种用于聚合物制品的新的蒸气、气体和/或香气的阻挡涂料溶液，它包含一种具有上式的共聚硅酸盐，并克服了本领域的缺陷。前述涂料溶液由上述通式表示，但不同的是若x小于1则y大于4.6，而若y在1～10之间则x大于0.5。该涂料溶液优选是无色或透明的，并可包含一种合适的表面活性剂。本专利技术的另一方面提供了一种涂布上述阻挡涂料溶液的聚合物制品。该制品通常可以是一种例如食品包装所用的聚合物薄膜或膜、薄板或刚性的或半刚性的容器，如瓶子。本专利技术其它方面和优点在以下的详细说明及权利要求书中进行描述。附图说明图1是霾化速率(以每天的绝对百分数计，即是一个显示一天中霾的增加的值，例如从5％到6％)与共聚硅酸盐(Li2O)x(K2O)1-x(SiO2)y中Li2O的摩尔分数x的关系图。该图展示了霾化速率随涂层组合物中锂含量而变化的依赖关系。本专利技术克服了现有技术蒸气阻挡涂层的所述缺陷。本专利技术包括一种方法，该方法采用含有锂-钾共聚硅酸盐的涂料溶液，为聚合物基体提供在高的相对湿度下改善了的蒸气、气体和/或香气的阻挡性能。本专利技术还提供用于所述基体的新的涂料溶液以及改善了性能的有涂层的制品。本专利技术的方法所使用的涂料溶液提供了与纯聚硅酸钾相比，在高的相对湿度下，优异的蒸气、气体和香气的阻挡特性，并且表现出与纯聚硅酸锂相比明显低的粉化速率。术语“蒸气”是指分压下的液体，如水蒸汽。术语“气体”包括氧气、氮气、二氧化碳和其它气体。“香气”包括带有香味的物质，例如薄荷醇和其它物质。为了简便，在此使用的术语“蒸气阻挡层”可解释为是指对气体和香气以及传统意义的蒸气的阻挡层。与本文的使用类似，术语“溶液”解释为包括胶态分散体和悬浮体。“胶态分散体或悬浮体”意指液体中任何颗粒的分散体或悬浮体，所述颗粒的尺寸大于分子量级，并且不发生沉降。本专利技术的悬浮体或分散体中颗粒尺寸通常在约10到约50000之间。本文中“涂料溶液”是指一种溶液，该溶液包含不沉降的溶解的或悬浮的固体颗粒，并用于将所述固体颗粒涂布在基体上。本专利技术的方法特别涉及用含有一种锂和钾的共聚硅酸盐的阻挡涂料溶液涂布聚合物基体。该涂料溶液包含一种共聚硅酸盐，即两种不同碱金属聚硅酸盐的混合物。更具体地说，该涂料溶液由锂和钾的硅酸盐的混合物得到。这些涂料溶液的特征在于含有通式为(Li2O)x(K2O)1-x(SiO2)y的共聚硅酸盐，其中，Li2O的摩尔分数为x,SiO2与M2O的摩尔比为y。在可用于本专利技术方法的涂料溶液中，所述的共聚硅酸盐的x若小于1，则y在1到10之间，或者而若x为1则y大于4.6。用于上述方法的某些新的涂料溶液含有具有上式的共聚硅酸盐，其中若x小于1则y大于4.6；或者若y在1到10之间，则x大于0.5。更优选地，本专利技术的一种新的涂料溶液的特征是x值在0.5和1之间和y值在4.6和10之间。可在本方法中使用的涂料溶液，以及本专利技术的新的涂料溶液，还可包含一种合适的表面活性剂以减小表面张力。表面活性剂可以是阴离子型的，阳离子型的和非离子型的，并且可以买到许多各种类型的表面活性剂。优选地，可用于本专利技术的方法和溶液的表面活性剂是非离子型的。包含在这些组合物中的合适的表面活性剂具有充分低的临界胶束浓度以保证干燥后的涂层不受残余表面活性剂的影响。最优选的是，所述表面活性剂选自由炔二醇(例如，由Air Products出售的那些产品)和烷基乙氧基化合物(例如由Hoechst Celanese和许多其他厂商出售的那些产品)组成的集合。加入到所述涂料溶液或组合物的表面活性剂的量取决于选用的特定的表面活性剂，但应是获得润湿所述聚合物基体所必须的最低表面活性剂的量，同时还不影响干燥后的涂层的性能。例如，典型的表面活性剂的量少于或等于的一种炔二醇或烷基乙氧基化合物的约0.1wt％。根据本专利技术的典型的涂料溶液优选为无色或透明的。本专利技术的涂料溶液可由市售聚硅酸锂和聚硅酸钾溶液制备。例如，一种市售的聚硅酸锂胶态悬浮体可与一种市售的聚硅酸钾胶态悬浮体混合，以制备本专利技术的涂层。应该指出，可以通过用于生产所述市售的聚硅酸盐的“母体”产物来制备本专利技术的涂料溶液。然而，该制备过程是公知的，并且考虑到锂和钾的聚硅酸盐溶液易于购得，该制备过程也不必要。如以下实施例1所述，商标名为InobondLi2043(Van Baerle & CieAG)的一个示例性的市售产品是聚硅酸锂的含水胶态悬浮体，它含～24.5wt％的二氧化硅和～3.0wt％氧化锂。另一种可用的产品具有商标K-4009(Van Baerle & Cie AG)，是一种含～26.8wt％的二氧化硅和～13wt％的氧化钾含水胶态悬浮体。随后这些组分与水混合，得到希望的固相含量。干燥的涂层的SiO2∶M2O摩尔比y可由起始的碱金属聚硅酸盐的SiO2∶Li2O和SiO2∶K2O的摩尔比确定。然而，可能会希望改变所述共聚硅酸盐涂层中的整体SiO2∶M2O摩尔比。这可以通过向所述涂料溶液中添加胶体氧化硅的含水悬浮体来实现。如在下面实施例4中所述，一个示例性的市售产品具有商标名LudoxAS-30(DuPont SpecialtyChemicals)是一种含30wt％固相的二氧化硅的含水胶态悬浮体。该胶态悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品包括： （ａ）一种聚合物基体，其表面附着一层涂层；以及 （ｂ）所述涂层包含一种具有下式的锂－钾共聚硅酸盐： （Ｌｉ↓［２］Ｏ）↓［ｘ］（Ｋ↓［２］Ｏ）↓［１－ｘ］（ＳｉＯ↓［２］）↓［ｙ］，其中 （ｉ）若ｘ小于１，则ｙ大于４．６；或者 （ｉｉ）若ｙ在１和１０之间，则ｘ大于０．５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MA哈伯德，JA麦克卡利，FP巴蒂托，DR霍尔考姆，
申请(专利权)人：赫彻斯特特拉丝帕番有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]