选择供包装应用的吸附性复合材料屏障的方法技术

选择可用于至少部分制造罩壳以保护内容物免受外部湿度的合适的树脂结合吸附剂组合物的方法，包括以下步骤：ａ）选择多种树脂、多种吸附剂及其之间的多种比例，以形成多种复合材料；ｂ）计算多种复合材料的多个失效时间，其中多个失效时间中的每个失效时间是以多种复合材料的每种复合材料的内部相对湿度等于最大内部相对湿度时为基准；ｃ）确定多个失效时间中的哪个更大；和ｄ）基于步骤（ｃ）的结果选择多种复合材料中的一种复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广义上涉及包装材料，更具体地，涉及供包装应用的吸附性复合材料屏障，更特定地是涉及选择供包装应用的吸附性复合材料屏障的材料及其组合物的方法。
技术介绍
填充有无机颗粒的基于聚合物的复合材料长久以来已被用于改善热塑性和热固 性聚合物的机械性质。为了制作热塑性容器的干燥衬里和其它内部部件以及控制这种容器 中的湿度的目的，还提出了荷载有吸湿剂的复合材料，例如，美国专利No.6， 130,263。多种 电子、汽车、制药、诊断和食品包装应用在包装或包封的罩壳内部要求非常低的湿度水平， 以保护对水分敏感的产品或组分不暴露于环境湿度。电子设备和汽车电子设备日益将外壳 和组件使用金属压铸件转变为使用热塑性塑料。这种转变在日益竞争性的环境中受到了 减少重量和成本的需要的促进。由于这些应用的快速发展步伐，热塑性树脂的选择过程经 常未对所述树脂的水汽传送性能加以考虑，而水汽转运性能直接影响组件或装置的使用寿 命。与这种趋势一起的是组件或装置的小型化，使得没有或只有很小的空间用于包装吸附 剂，致使水分防护不充分或根本没有。目前，选择和使用被动水分屏障特征表现最好的热塑 性塑料经常不足以在组件或装置的期望使用寿命内提供对水分侵入的保护。在此以前，这 种类型的罩壳基本上不能提供预防水分侵入方面的充分性能。 有几个美国专利集中于改善水分传送到荷载有干燥剂的复合材料，以便通过从包装内部快速除去水分来促进所述复合材料的干燥效果，特别是在用作容器的内部部件时。参见例如，美国专利Nos. 5， 911， 937、6， 130， 263、6， 194， 079、和6， 214， 255。所述装置对于许多所述需要并不充分，因为它们没能阻止水分侵入，而只是在水分于包装操作过程中、在设备的使用时间期间或在可再密封容器打开之后进入罩壳之后才吸附水分。 因为所有的塑料材料都是大气气体和水汽可渗透的，塑料不能在相当长的时间段内为其所制成的任何包装或罩壳内部提供无水分的环境。在此以前，控制渗透的水分，即已经进入罩壳的水分，已经成为开发吸湿复合材料的主要动机。除去已经渗透到包装中的水分的另一种方法是改善包装聚合材料本身的水分屏障性能。将吸水剂分散在热塑性聚合物树脂中可以产生担当水汽渗透性的主动屏障的复合材料。主动屏障通过物理和/或化学方法拦截并消除水分扩散穿过屏障。这样的屏障可以在相当长的时期减少或完全消除水分渗透到包装中。参见，例如，美国专利申请Nos. 11/040， 471、 11/335， 108、和11/635， 750，所述申请都被全文并入本文作为参考。 在填充有吸附水分的添加剂的复合材料屏障中，分布在聚合物基质中的吸附剂添 加剂可以在水分开始渗入到包装中之前造成显著的延迟，本领域中称为屏障层的扩散滞后 时间，所述时间经常比在纯树脂制成的屏障中所观察到的延迟长几个数量级。尽管在下面 的专利技术详述部分中描述了纯树脂和树脂/吸附剂复合材料屏障的滞后时间的计算，但是应 该理解，这些计算是本领域中公知的。这些滞后时间的计算已经用作罩壳失效的决定因素。 换句话说，一旦达到滞后时间，则认为罩壳已失效，因为假定其后将发生水分不受阻碍地渗 透过该屏障。相对立的是，已经发现这种假设对于某些类型的吸附剂材料和屏障组合物是不正确的。例如，在达到滞后时间之后的一段时间，罩壳可以保持低于10_50%的相对湿度， 并且提供罩壳的内容物不被这种相对湿度水平变质和/或损害，罩壳尚不因为只是达到滞 后时间而失效。因此，这对于理解罩壳在达到滞后时间之后如何工作是有利的。 从生产用于提供主动屏障或用于从罩壳内吸收所存在的水分的吸湿聚合物所涉 及的多种多样设备和方法可以推导出，已经考虑了许多手段来实现期望的目的，即，保护水 分敏感性组分免于降解，从而延长该组分的使用寿命。在此以前，需要在材料选择和混合比 例之间进行权衡，并且如所述的，这种判断是在没有完全了解它们效果的情况下做出的。因 此，长久以来一直感到需要有选择聚合物树脂、吸附剂及其混合比例的方法，以实现特定的 设计和性能目标。另外还一直感到需要有准确预测聚合物树脂、吸附剂及其混合比例选择 的效果的方法。鉴于前述事项，本专利技术可以改善包装制品的水分屏障性能，而不只是了解其 中的水分吸附速率。此外，本专利技术的水分屏障在水分侵入的时点提供有效屏障特征，从而阻 止水分渗透或使其最小化，而不是在水分到达罩壳内部之后将其除去。
技术实现思路
本专利技术广义上包括选择合适的树脂结合吸附剂组合物的方法，所述组合物可以至 少用于部分制造罩壳，以保护内容物免受外部湿度，其中所述罩壳具有内部顶部空间体积 V、厚度L和表面面积A，罩壳被外部相对湿度为h。ut的环境所围绕，h。ut是温度T时空气中 饱和水汽密度Psat的分数，所述内部体积具有表示水分屏障保护终点的最大内部相对湿 度，所述方法包括以下步骤a)选择多种树脂、多种颗粒吸附剂及其之间的多种比例，以形 成多种复合材料和多种复合材料层厚度，其中多种树脂中的每种树脂具有有效水汽扩散系 数Dm和水汽溶解度系数Sm，且多种复合材料中的每种复合材料具有树脂体积分数(K和吸 附剂体积分数4d ;b)计算多种复合材料和多种复合材料层的多个失效时间，其中多个失效时间的每个失效时间是基于多种复合材料中每种复合材料的内部相对湿度hin等于最大内部相对湿度时；c)确定多个失效时间中哪个更大；和d)基于步骤(c)的结果，选择多种复 合材料中的一种复合材料和一个复合层厚度。还了解到，构成罩壳的复合材料层的厚度范 围经常受到其它罩壳设计考虑的影响，例如机械和电性能、重量、材料和造价。因此，可以采 取步骤(d)中的选择一种最佳的复合材料来满足特定的罩壳壁厚度限制。 在一些实施方案中，多种颗粒吸附剂中的每种颗粒吸附剂相对于吸附的水汽量是 化学计量的和不可逆的，且多种复合材料中的每种复合材料具有化学计量系数P ，初始质 量浓度R。和在罩壳或复合材料层的外表面所溶解的水汽浓度C。ut，根据以下方程计算在滞 后时间kK之后内部相对湿度演变 0X <formula>formula see original document page 6</formula> 其中t是达到内部相对湿度hin的时间；禾口 是厚度为L的罩壳的滞后时间。 在这些实施方案中，根据以下方程计算滞后时间丄 其中甲-(1 + 3T), 而在其它实施方案中，多种颗粒吸附剂中的每种颗粒吸附剂相对于水汽吸附是可逆的且具有水汽吸附等温线，所述水汽等温线是线性的，具有恒定的水汽溶解度系数Sd和伪化学计量系数(pseudostoichiometric coefficient) ii ， ii描述与饱和水汽接触的每单位重量吸附剂的最大平衡吸水量，并且多种复合材料中的每种复合材料具有所述吸附剂的初始质量浓度R。和在外表面所溶解的水汽浓度C。ut，根据以下方程计算在滞后时间之后的内部相对湿度演变—广 Y夂AA雄一,丄丄) / , (0 = A。1-exp〖 其中t是达到内部相对湿度hin的时间； k是厚度为L的罩壳的滞后时间；禾口seff = 4msm+4dsd。在这些实施方案中，根据以下方程计算滞后时间丄2Q = 其中甲=(1 + ，。本文档来自技高网...

【技术保护点】
选择可用于至少部分地制造罩壳以保护内容物免受外部湿度影响的合适的树脂结合吸附剂组合物的方法，其中所述罩壳具有内部顶部空间体积Ｖ、厚度Ｌ和表面积Ａ，所述罩壳由具有外部相对湿度ｈ↓［ｏｕｔ］的环境所包围，所述ｈ↓［ｏｕｔ］是在温度Ｔ时饱和水汽密度ρ↓［ｓａｔ］的分数，所述内部体积具有最大内部相对湿度，所述方法包括以下步骤：　　ａ）选择多种树脂、多种颗粒吸附剂及其之间的多种比例，以形成多种复合材料，其中所述多种树脂中的每种树脂具有有效水汽扩散系数Ｄ↓［ｍ］和水汽溶解度系数Ｓ↓［ｍ］，并且所述多种复合材料中的每种复合材料具有所述树脂的体积分数φ↓［ｍ］和所述吸附剂的体积分数φ↓［ｄ］；　　ｂ）计算所述多种复合材料的多个失效时间，其中所述多个失效时间中的每个失效时间是以所述多种复合材料中的每种复合材料的内部相对湿度ｈ↓［ｉｎ］等于所述最大内部相对湿度时为基准；　　ｃ）确定所述多个失效时间中的哪个更大；和　　ｄ）基于步骤（ｃ）的结果选择所述多种复合材料中的一种复合材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-3-29 60/908,841;US 2007-3-30 60/909,247选择可用于至少部分地制造罩壳以保护内容物免受外部湿度影响的合适的树脂结合吸附剂组合物的方法，其中所述罩壳具有内部顶部空间体积V、厚度L和表面积A，所述罩壳由具有外部相对湿度hout的环境所包围，所述hout是在温度T时饱和水汽密度ρsat的分数，所述内部体积具有最大内部相对湿度，所述方法包括以下步骤a)选择多种树脂、多种颗粒吸附剂及其之间的多种比例，以形成多种复合材料，其中所述多种树脂中的每种树脂具有有效水汽扩散系数Dm和水汽溶解度系数Sm，并且所述多种复合材料中的每种复合材料具有所述树脂的体积分数φm和所述吸附剂的体积分数φd；b)计算所述多种复合材料的多个失效时间，其中所述多个失效时间中的每个失效时间是以所述多种复合材料中的每种复合材料的内部相对湿度hin等于所述最大内部相对湿度时为基准；c)确定所述多个失效时间中的哪个更大；和d)基于步骤(c)的结果选择所述多种复合材料中的一种复合材料。2. 权利要求1的选择树脂结合吸附剂组合物的方法，其中所述多种颗粒吸附剂中的每 种颗粒吸附剂是化学计量的，并且所述多种复合材料中的每种复合材料具有化学计量系数 P 、初始质量浓度R。和在外部表面所溶解的水汽浓度C。ut，根据以下方程计算在滞后时间 t^之后的所述内部相对湿度<formula>formula see original document page 2</formula>其中t是达到所述内部相对湿度hin的时间；禾口 是所述厚度为L的所述罩壳的所述滞后时间。3.权利要求2的选择树脂结合吸附剂组合物的方法，其中根据以下方程计算所述滞后时间<formula>formula see original document page 2</formula>其中甲=(l + 3甲)， 风4.权利要求1的选择树脂结合吸附剂组合物的方法，其中所述多种颗粒吸附剂中的每 种颗粒吸附剂具有水汽吸附等温线，所述水汽等温线是线性的且具有水汽溶解度系数Sd， 和所述多种复合材料中的每种复合材料具有伪化学计量系数P 、初始质量浓度R。和在外部 表面所溶解的水汽浓度C。ut，根据以下方程计算在滞后时间t^之后的所述内部相对湿度<formula>formula see original document page 2</formula>其中t是达到所述内部相对湿度hin的时间；是所述厚度为L的所述罩壳的所述滞后时间；和<formula>formula see original document page 2</formula>5.权利要求4的选择树脂结合吸附剂组合物的方法，其中根据以下方程计算所述滞后时间<formula>formula see original document page 3</formula>6.权利要求l...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯坦尼斯拉夫E索洛维约夫，托马斯鲍尔斯，塞缪尔A因科尔维亚，
申请(专利权)人：穆尔蒂索伯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]