专利名称：形成泡沫塑料容器的热塑性树脂颗粒用涂料组合物的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及用于形成泡沫塑料容器(比如，杯、碗等)的热塑性树脂颗粒；涉及模塑制品，例如，由树脂颗粒制成的泡沫塑料容器；涉及用于该热塑性树脂颗粒的涂料组合物；并涉及用于改进泡沫塑料容器防渗性的方法。更具体地，本发明涉及在模塑用于盛装液体(例如，咖啡)、或含有油脂和/或脂肪成分的食品(比如，预加工的含有脂肪的食品(方便面、汤、调味汁、炸鸡))等的容器中使用的用于可膨胀或预膨胀(即，“预疏松的(pre-puff)”)的热塑性树脂颗粒的涂料组合物。
背景技术：
从可膨胀的热塑性颗粒制成模塑制品(例如，容器，如，杯，碗)的制造是众所周知的。最通常使用的热塑性颗粒是称作“EPS”颗粒的可膨胀聚苯乙烯颗粒。典型地，用发泡剂浸渍聚苯乙烯珠粒，当被加热时，发泡剂在低于聚苯乙烯软化点的温度下沸腾并导致浸渍的珠粒膨胀。当在模具的模腔中加热预膨胀的珠粒时，预膨胀的珠粒进一步膨胀以填满模腔并熔融在一起形成成型的制品，例如，容器，如，杯、碗等。
通常在两个步骤中实现由浸渍的聚苯乙烯珠粒形成模塑制品。首先，浸渍的聚苯乙烯珠粒预膨胀至约2-12磅/立方英尺的密度。预膨胀的珠粒典型地被称为“预疏松物”。通常地，通过使用任何常规的加热介质(比如，蒸汽、热空气、热水或辐射热)加热浸渍的珠粒来实施第一个步骤，即，预膨胀步骤。第二步，在密闭的模具中加热预膨胀的珠粒(“预疏松物”)来使预膨胀的珠粒进一步膨胀以形成具有模具形状的熔融制品。后一个步骤一般称作“模塑”。
通常通过含水悬浮聚合方法制备用于制造泡沫塑料容器的可膨胀聚苯乙烯颗粒，该方法生成可以筛选为相对准确的珠粒尺寸的珠粒。典型地，珠粒的直径在约0.008-约0.02英寸的范围。偶然地，由珠粒直径大至0.03英寸的颗粒制造杯子。
尽管对珠粒尺寸进行了仔细的控制，但一个持续困扰容器工业的问题在于经过一段时间之后，EPS容器具有渗漏咖啡或渗漏由容器所盛装的食品中的油脂和/或脂肪成分的倾向。即，咖啡或油质和/或脂肪在熔融聚苯乙烯珠粒周围渗透并渗透过容器壁。就油质和/或脂肪成分而言，一般污渍会在容器的外表面形成。
多年以来已经开发了数种方法来减少用于盛装液体和/或预加工食品的容器的渗漏。
Amberg等人的美国专利No.4,036,675公开了一种由发泡聚苯乙烯制成的容器，发泡聚苯乙烯与一侧或两侧的未取向聚烯烃(优选聚丙烯)薄膜毗连。使用乙烯类聚合物或聚酰胺树脂作为热敏粘合剂将该薄膜固定到发泡塑料类材料上。使用湿粘合剂涂敷薄膜并在将薄膜层压到泡沫材料上之前干燥。
Sonnenberg的美国专利Nos.4,703,065和4,720,429公开了用于盛装咖啡的热塑性聚合物泡沫塑料杯，其由热塑性聚合物颗粒模塑而成，在模塑前使用含氟表面活性剂涂敷热塑性聚合物颗粒的表面。
Sonnenberg的美国专利No.4,785,022公开了一种提高模塑的泡沫塑料杯的咖啡保留能力的方法。该方法包括采用各种橡胶类聚合物和共聚物(例如，聚丁烯、聚异丁烯、异丁烯-丁烯共聚物和丁烯-乙烯共聚物)涂敷可膨胀的聚苯乙烯颗粒。
Arch等人的美国专利Nos.4,798,749和4,840,759通过在可膨胀的苯乙烯聚合物颗粒中用异戊烷取代常规的发泡剂(比如，丁烷、正戊烷、己烷和卤代烃)克服了咖啡渗透的缺陷。
Ikeda等人的美国专利No.4,698,367公开了由氟化乙烯基聚合物和亲水乙烯基聚合物组成的可膨胀的热塑性树脂颗粒，该亲水乙烯基聚合物覆盖可膨胀的热塑性颗粒或者包含在可膨胀的热塑性颗粒的表面上或者包含在可膨胀的热塑性颗粒的表面层中。这些树脂颗粒可用于生产油质或脂肪食品的包装容器。
Sakoda等人的美国专利No.6,277,491B1公开了用含氟嵌段共聚物涂敷树脂珠粒的表面或使其与树脂珠粒结合，该含氟嵌段共聚物包含衍生自含氟乙烯基型单体的含氟乙烯基型聚合物链段和衍生自亲油乙烯基型单体的亲油乙烯基型聚合物链段。
Suzuki等人的美国专利No.4,206,249公开了一种生产具有高的液体不可渗透性的纸制容器的方法，该方法包括将含有预聚物的可聚合溶液喷涂在纸制容器的器壁表面上，并用紫外线辐射涂敷的器壁来使得容器壁表面上的预聚物固化。该方法形成液体(比如，水、牛奶、软饮料、油脂等)不可渗透的涂层。
Breining等人的美国专利No.6,416,829B2公开了一种热绝缘的纸杯，其中在主体元件的外表面上涂敷发泡的低密度聚乙烯并在其内表面上涂敷未发泡的改性低密度聚乙烯。
日本未审专利公开JP 2002338725A(Kaneka公司)公开了使用含有30-60wt％异戊烷的挥发性发泡剂，基于发泡剂的重量。使用0.2-0.5重量份的硬脂酸锌涂敷可膨胀的聚苯乙烯树脂颗粒，基于100重量份树脂颗粒。发泡剂的含量为树脂颗粒的0-5.5wt％。
现有技术中，没有任何用于制造泡沫塑料容器的热塑性树脂颗粒被液态聚乙二醇涂敷或覆盖，和然后被一或多种选自以下物质的组分涂敷或覆盖聚烯烃蜡(例如，聚乙烯蜡)、高级脂肪酸的金属盐(例如，硬脂酸锌)、聚乙二醇、和脂肪双酰胺或脂肪酰胺(例如，亚乙基双硬脂酰胺)，来减少或消除食品(比如，咖啡、面、汤、调味汁、炖过的食品、肉等)中的液体和/或油质和/或脂肪成分渗透过泡沫塑料容器。
发明概述本发明满足上述需求。本发明特别涉及用于制造模塑制品(例如，泡沫塑料容器，如，碗、杯等)的可膨胀的热塑性颗粒(优选，聚苯乙烯颗粒)，该容器适合盛装食品(比如，方便面等)中的油脂和调味料，以及液体，比如，热咖啡或加入到食品(比如，速溶汤粉或方便面、炖过的食品、肉等)中的热水。
用涂料组合物涂敷或覆盖可膨胀的或预膨胀(有时称作“预疏松的”)的热塑性颗粒。所制得的容器较不易渗透以产生由液体和/或油质和脂肪食品引起的渗漏和/或污渍。
该涂料组合物基本上包括两部分(1)液体部分和(2)粉末或固体部分。该液体部分包括(a)大于约0.01wt％的平均分子量为约200-约800的聚乙二醇(PEG200-PEG800)，基于颗粒的重量；和该固体部分包括选自以下的组分(b)大于约0.01wt％的聚烯烃蜡，基于颗粒的重量；(c)大于约0.01wt％的高级脂肪酸的金属盐，基于颗粒的重量；(d)大于约0.01wt％的平均分子量为900-约10,000的聚乙二醇(PEG900-PEG10,000)，基于颗粒的重量；和(e)大于约0.01wt％的脂肪双酰胺或脂肪酰胺，例如，亚乙基双硬脂酰胺，基于颗粒的重量；和组分(b)-(e)的组合。
对于可膨胀的颗粒而言，优选使用组分(a)和组分(b)-(e)中的一或多种。对于预膨胀或“预疏松的”颗粒而言，组分(a)是非必要的，使用组分(b)-(e)中的一或多种。
一个优选的实施方案是一种涂料组合物，其包括(a)约0.30wt％的平均分子量为400的聚乙二醇(液体形式的PEG400)；(b)约0.40wt％的聚烯烃蜡，优选聚乙烯蜡；和(c)约0.105wt％的高级脂肪酸的金属盐，优选硬脂酸锌。
优选，可膨胀的热塑性颗粒首先采用本发明涂料组合物的液态聚乙二醇涂敷，然后再用涂料组合物的固体组分涂敷。优选将固体组分混合或共混在一起，然后再与热塑性颗粒混合或共混。如前所述，对于预膨胀的颗粒而言，液态聚乙二醇的使用是非必要的。优选将固体组分混合或共混在一起，然后再与热塑性颗粒混合或共混。
本发明也涉及一种用于改进由热塑性树脂颗粒制成的模塑制品(例如，泡沫塑料容器，如，碗、杯等)的防渗性的方法。对于可膨胀的颗粒而言，该方法优选包括首先将组分(a)施涂到颗粒上，然后将涂料组合物的一或多种固体组分施涂到可膨胀的颗粒上。对于预膨胀的颗粒而言，该方法包括非必要地将组分(a)施涂到颗粒上，然后将涂料组合物的一或多种固体组分施涂到预膨胀的颗粒上。
所以，本发明的一个目的是提供模塑制品(例如，泡沫塑料容器)，该模塑制品至少在容器的外表面上表现出改进的防渗性并从而表现出改进的抗污性，而且该模塑制品表现出改进的机械性能，比如，改进的边缘强度。
本发明的另一个目的是提供一种用于热塑性颗粒的涂料组合物，该热塑性颗粒用于形成适合盛装油质或脂肪食品(比如，面、汤、调味汁、炖过的食品、肉等)或盛装液体(比如，热咖啡或用于方便面、汤、炖过的食品等的热水)的泡沫塑料容器，而且该泡沫塑料容器至少具有改进的ATF性能和/或改进的边缘强度性能。
本发明的另一个目的是提供包含涂料组合物的可膨胀或预膨胀的热塑性颗粒，该涂料组合物可以提高由该颗粒制成的泡沫塑料制品的完整性。
本发明的仍然另一个目的是通过提供一种用于涂敷形成泡沫塑料容器所使用的热塑性树脂颗粒的涂料组合物而提供一种改进泡沫塑料容器防渗性的方法。
本领域技术人员由以下说明和所附的权利要求将可以更好地理解和领会本发明的这些和其它目的。
发明详述如在本文中所使用的，术语“涂敷”表示与涂料组合物接触，以将本发明涂料组合物组分的实质性部分放置在待接触的树脂颗粒的表面上或接近其表面。
如在本文中所使用的，术语“覆盖”原则上表示涂料组合物以层的形式粘接到树脂颗粒的表面上。
本发明的涂料组合物基本上包括两部分(1)液体部分和(2)粉末或固体部分。该液体部分包括(a)大于约0.01wt％的平均分子量为约200-约800的聚乙二醇(PEG200-PEG800)，基于颗粒的重量。优选，该液态聚乙二醇的重量百分比是0.01wt％-约0.80wt％，基于颗粒的重量。本发明涂料组合物的固体部分包括选自以下的组分(b)大于约0.01wt％、优选0.01wt％-约1.0wt％的聚烯烃蜡，优选聚乙烯蜡，基于颗粒的重量；(c)大于约0.01wt％、优选0.01wt％-约0.60wt％的高级脂肪酸的金属盐，优选硬脂酸锌，基于颗粒的重量；(d)大于约0.01wt％、优选0.01wt％-约0.80wt％的平均分子量为900-约10,000的聚乙二醇(PEG900-PEG10,000)，基于颗粒的重量；和(e)大于约0.01wt％、优选0.01wt％-1.0wt％的脂肪酰胺或脂肪双酰胺，例如，亚乙基双硬脂酰胺，基于颗粒的重量；和组分(b)-(e)的组合。
对于可膨胀的珠粒而言，即，密致(dense)珠粒，该涂料组合物优选包括组分(a)和与组分(a)结合的组分(b)-(e)中的一或多种。例如，该组合可以由组分(a)和(b)；或组分(a)和(c)；或组分(a)和(d)；或组分(a)和(e)；或组分(a)、(b)和(c)；或组分(a)、(c)和(d)；或组分(a)、(b)和(d)；或组分(a)、(b)和(e)；或组分(a)、(c)和(e)；或组分(a)、(d)和(e)；或组分(a)、(b)、(c)和(d)；或组分(a)、(b)、(c)和(e)；或组分(a)、(c)、(d)和(e)；或组分(a)、(b)、(d)和(e)；或组分(a)、(b)、(c)、(d)和(e)组成。
对于预膨胀的颗粒或“预疏松的”颗粒而言，液体部分不是必需的，但由于以下所讨论的原因其在一些情况下是优选的。对于预膨胀的颗粒而言，涂料组合物的固体部分可以包括组分(b)-(e)中一或多种的至少一种，它们可以与前段中对于可膨胀的颗粒所列出的组合相似的方式结合。
如果单独使用，组分(a)-(e)中的任何一种必须以大于或等于0.01wt％的量存在。如果使用组分(b)，它应当以至少0.01wt％-约1.0wt％的量存在，基于颗粒的重量。如果使用组分(d)，它应当以至少0.01wt％-约0.8wt％的量存在，基于颗粒的重量。如果使用组分(b)和(d)，则优选(b)和(d)二者以约0.01wt％-约1.8wt％的结合的重量百分比存在，基于颗粒的重量。对于组分(b)和(d)的组合，这是一个所需的总的重量百分比的实例。对于组分(b)-(e)中的其它组合，所需的总的重量百分比对于本领域技术人员是显而易见的。
可膨胀和从而预膨胀的热塑性颗粒都可以由任何合适的热塑性均聚物或共聚物制得。特别适于使用的是衍生自乙烯基芳族单体的均聚物，其包括苯乙烯、异丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、nuclear甲基苯乙烯、氯代苯乙烯、叔丁基苯乙烯等；以及由至少一种乙烯基芳族单体与比如二乙烯基苯、丁二烯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、丙烯腈、马来酸酐单体共聚制备的共聚物，其中乙烯基芳族单体的存在量是该共聚物的至少50wt％。优选苯乙烯类聚合物，特别是聚苯乙烯。然而，也可以使用其它合适的聚合物，比如，聚烯烃，例如，聚乙烯、聚丙烯、和其混合物。
在本文的实施方案中，可膨胀的热塑性颗粒是可膨胀的聚苯乙烯(EPS)颗粒。这些颗粒可以采取珠粒、细粒或其它方便进行膨胀和模塑操作的颗粒形式。在含水悬浮方法中聚合的颗粒基本上是球形的，并且优选用于模塑或形成本发明的泡沫塑料容器。典型地要对这些颗粒进行筛选，使得它们的尺寸范围为约0.008-约0.02英寸，和在一些情况下为约0.008-约0.03英寸。
使用任何常规的方法利用合适的发泡剂浸渍热塑性颗粒。例如，可以在聚合物的聚合过程中将发泡剂加入到含水悬浮液中来实现浸渍，或者可选择地，可以如D.Alelio的美国专利No.2,983,692所教导的在含水介质中再次悬浮聚合物颗粒，然后加入发泡剂来实现浸渍。任何气态材料或者加热时将产生气体的材料可以用作发泡剂。
在本发明中，该发泡剂可以是脂族烃，比如，丙酮、乙酸甲酯、丁烷、正戊烷、环戊烷、异戊烷、异丁烯、新戊烷、和其混合物。优选的发泡剂是正戊烷和戊烷的混合物，即，正戊烷、异戊烷和/或环戊烷的混合物。其它可以用于本发明的发泡剂是卤代烃，例如，HFC、CFC、HCFC、和其混合物。对于本发明的可膨胀颗粒而言，任何前述的发泡剂也可以与二氧化碳、空气、氮气和水结合使用。
聚合物颗粒的发泡剂含量通常小于10.0wt％，优选小于9.0wt％，和最优选在约3.0wt％-约6.0wt％的范围，基于该热塑性树脂组合物的重量。
可选择地，水可以与脂族烃共混，或者如受让给NOVA Chemicals(International)S.A的美国专利Nos.6,127,439，6,160,027和6,242,540所教导的，水可以用作唯一的发泡剂。在这些专利中，使用吸水剂。用作发泡剂的水的重量百分比可以在1-20wt％的范围。美国专利Nos.6,127,439，6,160,027和6,242,540全部引入本文作为参考。
如受让给NOVA Chemicals Inc.的Arch等人的美国专利申请序列号No.10/021,716所教导的，浸渍的热塑性颗粒可以是发泡的蜂窝状聚合物颗粒。优选，该发泡的蜂窝状颗粒是预膨胀至约12.5-约34.3磅/立方英尺密度的聚苯乙烯，而且该聚苯乙烯含有的挥发性发泡剂含量为小于6.0wt％，优选在约2.0wt％-约5.0wt％的范围，并更优选在约2.5wt％-约3.5wt％的范围，基于聚合物的重量。
通常，该浸渍的可膨胀热塑性颗粒在模塑前预膨胀至约2-约12磅/立方英尺的密度。通常，通过经由任何常规的加热介质(例如，蒸汽、热空气、热水或辐射热)加热该浸渍的珠粒来实施预膨胀步骤。Rodman的美国专利No.3,023,175教导了一种广泛接受的实现浸渍的热塑性颗粒的预膨胀的方法。
在密闭模具中加热预膨胀的珠粒来使预膨胀的颗粒进一步膨胀以形成泡沫塑料制品，比如，容器。
在本发明的一个实施方案中，在颗粒进行预膨胀和模塑步骤之前，可膨胀的，即，浸渍的热塑性颗粒采用组分(a)液态聚乙二醇覆盖或涂敷，然后再采用本发明涂料组合物的固体组分覆盖或涂敷。可以在本发明中使用任何常规的涂敷或覆盖颗粒的方法。
在本发明的另一个实施方案中，在颗粒进行模塑步骤之前，预膨胀该可膨胀的颗粒，而且该预膨胀的热塑性颗粒采用液态聚乙二醇涂敷或覆盖，然后再采用本发明涂料组合物的固体组分涂敷或覆盖。可以在本发明中使用任何常规的涂敷或覆盖颗粒的方法。
可以理解，预膨胀的颗粒在一些情况下不需要采用液态聚乙二醇涂敷，因为相比于通常具有光滑的表面光洁度和较小表面积的可膨胀颗粒，预膨胀的颗粒对于涂料组合物固体组分的粘接通常具有更粗糙的表面光洁度和更大的表面积。然而，本发明人发现液态聚乙二醇倾向于减少通常与预疏松颗粒相关联的静电，尤其是在这些颗粒经由空气流从一个工厂设备输送至另一个工厂设备的过程中。所以，在一些情况下，在预膨胀或预疏松的颗粒上施涂液态聚乙二醇是所需的。
该涂料组合物的液态聚乙二醇和固体组分可以覆盖或涂敷可膨胀的热塑性树脂颗粒的表面或者可以包括在这些颗粒的表面上。如上所述，术语“覆盖”原则上表示涂料组合物以层的形式粘接到树脂颗粒的表面上。这可以通过以下方式实现首先使树脂颗粒与液态聚乙二醇接触，然后再使树脂颗粒与涂料组合物的固体组分在混合器(比如，鼓式掺混机、螺条混合器、V型掺混机、Henschel混合器、Ledage混合器、高强度混合器、低强度掺混机等)中充分地混合。
涂料组合物的固体组分优选采取粉末的形式。然而，可以通过将粉末溶解在溶剂中或将粉末分散在水中而将粉末制成液体的形式。
优选，热塑性颗粒首先与液态聚乙二醇接触，然后再与本发明涂料组合物的一或多种固体组分接触，如上述所讨论的。优选，固体组分混合或共混在一起，然后再与热塑性颗粒共混或混合。
组分(b)的聚烯烃蜡选自聚乙烯蜡和聚丙烯蜡，并优选聚乙烯蜡。聚烯烃蜡的平均分子量为约650-约30,000；优选采取粉末的形式；以直径计的粒度为约1-约140微米，优选约6微米。
用作涂料组合物中的组分(c)的高级脂肪酸的金属盐选自硬脂酸、月桂酸、或肉豆蔻酸的锌盐、镁盐、钙盐或铝盐，其中优选硬脂酸锌。
对于一个优选的实施方案，本发明的涂料组合物包括组分(a)聚乙二醇，其含量为颗粒重量的约0.30wt％并具有约400的平均分子量(液态形式的PEG400)；组分(b)聚烯烃蜡，优选聚乙烯蜡，其含量为颗粒重量的约0.40wt％并具有约6微米的粒度和1000的平均分子量；和组分(c)高级脂肪酸的金属盐，优选硬脂酸锌，其含量为颗粒重量的约0.105wt％。
如上所述，在将涂料组合物施涂到颗粒上的过程中，优选首先使用液态聚乙二醇覆盖树脂颗粒，据信液态聚乙二醇可以对表面张力进行改性(即，使得表面更加亲水)而且液态聚乙二醇是用于涂料组合物的粘合剂，然后再使用涂料组合物的固体组分覆盖树脂颗粒。
优选，液态聚乙二醇具有约200-约800(PEG200-PEG800)的平均分子量，和优选具有约300-约600的平均分子量范围。一般而言，在名称“PEG”(聚乙二醇)之后出现的数字表示平均分子量，例如，PEG200代表平均分子量约为200的聚乙二醇，等。
液态聚乙二醇的含量为大于0.01wt％，和优选0.01wt％-约0.08wt％，基于颗粒的重量，并优选约0.05wt％-约0.50wt％的范围，基于颗粒的重量。
涂料组合物优选以颗粒重量的0.005wt％-2.0wt％，更优选以热塑性树脂颗粒重量的0.01wt％-1.0wt％的含量覆盖热塑性树脂颗粒。如果涂料组合物的覆盖度小于0.005wt％，容器的液体或脂肪/油质成分的防渗效果一般是不充分的；和如果覆盖度超过2.0wt％，则在颗粒的预膨胀过程中可能会有增加块状物含量的倾向或者在模塑过程中可能会有阻碍热塑性颗粒熔融在一起的倾向。
本发明的一个方法涉及可膨胀的和非必要的预膨胀的热塑性颗粒首先采用组分(a)涂敷，即，液态聚乙二醇(例如，PEG400)组分，然后再使颗粒与涂料组合物固体组分的混合物共混。如果将涂料组合物施涂到可膨胀的热塑性颗粒上，这些颗粒然后进行预膨胀，并被供给入模具中。如果将涂料组合物施涂到预膨胀的热塑性颗粒上，这些颗粒然后被供给入模具中。
适合用于本发明涂料组合物的聚乙二醇由以下通式代表H(OCH2CH2)nOH具有以上通式的聚乙二醇可以从BASF以商标名PLURACOL_商购获得。
适合用于本发明涂料组合物的聚乙烯蜡由以下通式代表(-CH2CH2-)n具有以上通式的聚乙烯蜡可以从Baker Petrolite以商标名PETROLITE_商购获得。优选，本发明的涂料组合物使用平均分子量为约650-约30,000和粒度为1-140微米的聚乙烯蜡。
适合用于本发明涂料组合物的硬脂酸锌由以下通式代表[CH3(CH2)16CO2]2Zn具有以上通式的硬脂酸锌可以从Ferro以商标名SYNPRO_商购获得。
适合用于本发明涂料组合物的亚乙基双硬脂酰胺由以下通式代表CH3(CH2)16CONH-(CH2)2NH-(CH2)16CH3具有以上通式的亚乙基双硬脂酰胺可以从CromptonCorporation以商标名KEMAMIDE_W-40商购获得。
除了采用本发明的涂料组合物基本上涂敷或覆盖热塑性树脂颗粒之外，一个候补的方法是在浸渍热塑性树脂颗粒的时候将涂料组合物和发泡剂一起加入以将涂料组合物保持在树脂珠粒的表层中。
优选，热塑性树脂颗粒的整个表面被涂料组合物的薄膜或薄层涂敷或覆盖。然而，对于本发明的目的，如果本发明的涂料组合物仅仅涂敷或覆盖颗粒的一部分表面也可能是足够的。
泡沫塑料容器可以是聚苯乙烯杯，其可以由具有内壳层和外壳层的常规制杯机制造。该类型机器的一个实例是由Autonational B.V.生产的MODEL 6-VLC-125机。浸渍的热塑性颗粒或者老化或者未老化，使用涂料组合物涂敷，预膨胀，然后供给入常规制杯机中。
一个生产10盎司杯或16盎司杯的机器(6个模具)的制杯速度可以每分钟生产约30-100个杯子。可以使用数个机器来提高生产率。
已经发现该涂料组合物也倾向于改进容器的边缘强度，其实际上改进了容器的总强度。边缘强度是在距离容器的开放边1/4英寸位移处使边缘破碎所需力的测量值(以千克计)。
通过以下实施例对本发明作进一步举例说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例实施例1-4对于实施例1-4，可膨胀的聚苯乙烯珠粒(NOVA ChemicalF271TU或F-271T)首先在鼓式混合器中与组分(a)液态聚乙二醇400(PEG400)共混。然后采用包括以下组分的涂料组合物涂敷这些被PEG涂敷的珠粒聚乙二醇8000(PEG8000)；和/或聚乙烯蜡(PE1000T6)；和/或硬脂酸锌(ZnS)，它们的含量示于表1-4中。聚乙烯蜡的名称PE 1000 T6表示该聚乙烯蜡具有约1000的平均分子量和约6微米的粒度。该聚乙烯蜡(PE 1000 T6)是从Baker Petrolite公司以商标名PETROLITE_购得。
实施例1通过以下步骤制备5个样品(I-V)3.8磅浸渍的NOVA Chemicals F271TU(可膨胀的聚苯乙烯)杯子珠粒(其直径范围为0.010-0.020英寸并含有基于颗粒重量5.6wt％的混合的戊烷(正戊烷∶异戊烷的比为90∶10))和(对于样品(II-V))液态PEG400以表1所示的含量在一个鼓式容器中搅拌共混5分钟。将涂料组合物固体部分的组分以表1所示含量加入到混合物中，将该内容物进一步共混另外的5分钟。
该浸渍的、涂敷的珠粒在一个11加仑的Rodman蒸汽预膨胀器(Artisan Industries Inc.)中在大气压下预膨胀。预膨胀分批操作，其预疏松物的目标密度为4.0磅/立方英尺(pfc)。将新制备的预疏松物空气干燥5分钟以除去水分，并在模塑前使其老化约4小时。
使用上述Autonational 6VLC-125型制杯机(标准模塑条件)和具有如表1所示密度的预膨胀珠粒模塑10盎司的杯子。蒸汽汇集器(steam header)压力为100磅/平方英寸(psi)，和总的循环时间为约12秒。在测试前，使模塑的杯子老化过夜。
通过以下方法测试每个样品(I-V)的4个杯子(1)由于杯子的上部是最易渗漏的区域，在该区域中进行测试。将一个模塑的EPS材料的圆片放置在每个杯子内的下方，从而对杯子上部20％-30％的区域进行测试。(2)将15g油炸的面食压碎并均匀地铺展在模塑的EPS材料的圆片上，使得面食占据杯子上部20％-30％的区域。(3)将3g辣椒粉均匀地铺展在压碎的面食上。(4)将每个杯子用粘胶标签和塑料拉伸膜紧密地密封并放置在温度为149°F(65℃)的烘箱中。(5)在7小时期间，首先每隔1小时检查每个样品的污渍情况，然后在最长至3天的时间中每隔8小时检查一次直至失败。
通过将每个容器至失败的时间相加并用总的时间除以所测试的容器数目来计算每组杯子至失败的平均时间(ATF)。最高72小时的ATF值代表在该组杯子样品中没有任何一个杯子表现出任何污渍或渗漏。最低1小时的ATF值代表在该组杯子样品中所有的杯子在最初开始的1小时内失败。
测试每组杯子样品(每组样品有10个杯子)中每个杯子的边缘强度(力施加在杯子边缘的1/4英寸位移处)并记录力的平均值。
抗污性和边缘强度的结果示于表1中。
表1
如表1所示，相比于由仅使用硬脂酸锌涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品I)，由使用本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的浸渍的聚苯乙烯颗粒形成的杯子(样品II-V)具有改进的边缘强度和改进的ATF。
实施例2使用如表2所示的含量和组分重复实施例1的步骤。
表2
如表2所示，相比于由仅使用硬脂酸锌涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品I)，由使用本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的浸渍的聚苯乙烯颗粒形成的杯子(样品VI-VIII)具有改进的边缘强度和多半改进的ATF。
实施例3重复实施例1的步骤，不同之处在于用含有基于珠粒重量5.6wt％的正戊烷作为唯一的发泡剂的珠粒代替可膨胀的聚苯乙烯珠粒。
表3
如表3所示，相比于仅使用硬脂酸锌涂敷的参比杯子(样品IX)，由使用基于颗粒重量5.6wt％的正戊烷作为唯一的发泡剂浸渍的聚苯乙烯颗粒形成的并使用本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的杯子(样品X-XIII)具有改进的边缘强度和多半改进的ATF。
实施例4重复实施例3的步骤，不同之处在于用含有基于珠粒重量5.65wt％的正戊烷作为唯一的发泡剂并利用0.0225wt％硅油预润滑的的珠粒代替可膨胀的聚苯乙烯珠粒。
表4
如表4所示，相比于仅使用硬脂酸锌涂敷的参比杯子(样品XIV)，由含有基于珠粒重量5.6wt％的正戊烷作为唯一的发泡剂并使用本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的可膨胀的聚苯乙烯颗粒形成的杯子(样品XV)具有改进的ATF和改进的边缘强度。
实施例53.8磅浸渍的NOVA Chemicals F271TU(可膨胀的聚苯乙烯)杯子珠粒(其直径范围为0.010-0.020英寸并含有基于珠粒重量5.6wt％的正戊烷)和1.80克硬脂酸锌在一个鼓式容器中搅拌共混5分钟。该浸渍的、硬脂酸锌涂敷的珠粒在一个11加仑的Rodman蒸汽预膨胀器(Artisan Industries Inc.)中在大气压下预膨胀。预膨胀分批操作，其预疏松物的目标密度为4.0磅/立方英尺(pfc)。将新制备的预疏松物空气干燥5分钟以除去水分，并使其老化约4小时。将0.65磅的预疏松物珠粒与2.95克聚乙烯蜡(PE 1000 T6)搅拌共混5分钟。使用Autonational 6VLC-125型制杯机(标准模塑条件)模塑涂敷的预疏松物珠粒。杯子模塑、污渍测试和边缘强度测试与实施例1-4的相似。信息和测试结果示于表5中。
表5
实施例5显示出，相比于由仅使用硬脂酸锌覆盖或涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品XVI)，由使用本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的颗粒形成的杯子(样品XVII)具有改进的ATF。
实施例6可膨胀的聚苯乙烯珠粒(NOVA Chemical F271TU)首先在ROSS螺条小型掺混机42N-1/4S(Charles Ross & Son Compony，Hauppauge，New York)中与液态聚乙二醇400(PEG400)共混。然后，使用选自以下一种类型的聚乙烯蜡以表6中所示的含量涂敷这些PEG涂敷的珠粒(1)PE 1000 T6，平均分子量约为1000和粒度约为6微米的聚乙烯蜡；(2)PE 850 T10，平均分子量约为850和粒度约为10微米的聚乙烯蜡；(3)PE 655 T10，平均分子量约为655和粒度约为10微米的聚乙烯蜡；(4)PE 500 T60，平均分子量约为500和粒度约为60微米的聚乙烯蜡。在所有样品中以表6所示的含量使用硬脂酸锌(ZnS)。聚乙烯蜡从Baker Petrolite公司以商标名PETROLITE_获得。
通过以下步骤制备5个样品(XVIII-XXII)8磅浸渍的可膨胀的聚苯乙烯杯子珠粒(其直径范围为0.010-0.020英寸并含有基于颗粒重量5.6wt％的正戊烷)和液态PEG400以表6中所示的含量在该小型掺混机中共混10分钟。该涂料组合物固体部分的组分以表6中所示的含量加入到混合物中，该内容物进一步共混另外的10分钟。
该浸渍的、涂敷的珠粒在一个11加仑的Rodman蒸汽预膨胀器(Artisan Industries Inc.)中在大气压下预膨胀。预膨胀分批操作，其预疏松物的目标密度为4.0-4.5磅/立方英尺(pfc)。将新制备的预疏松物空气干燥5分钟以除去水分，并使其在模塑前老化约4小时。
使用Master制杯机M10(Master Machine & Tool，Co.，Mulberry，FL)在标准模塑条件下模塑出16盎司的杯子。该预膨胀的珠粒具有在表6中所示的密度。蒸汽汇集器压力为100磅/平方英寸(psi)，和总的循环时间为约14.8秒。在测试前，使模塑的杯子老化过夜。
通过以下方法测试每个样品(XVIII-XXII)的4个杯子(1)在一个类似于实施例1-4所规定的方法中，将美国市场上可获得的油炸的、预成型的Nissin杯形面条放置在每个杯子中。(2)将3g辣椒粉均匀地铺展在面条的表面上。(3)将每个杯子用粘胶标签和塑料拉伸膜紧密地密封并放置在温度为149°F(65℃)的烘箱中。(4)在7小时期间，首先每隔1小时检查每个样品的污渍情况，然后在总计72小时或3天的时间中每隔8小时检查一次直至失败。
类似于实施例1中的规定，计算失败的平均时间(ATF)。最高72小时的ATF值代表在该组杯子样品中没有任何一个杯子表现出任何污渍或渗漏。最低1小时的ATF值代表在该组杯子样品中所有的杯子在最初开始的1小时内失败。
以ATF表示的抗污性的结果示于表6中。
表6
如表6所示，相比于由仅使用硬脂酸锌涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品XVIII)，由使用本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的颗粒形成的杯子(样品XIX-XXII)具有改进的ATF。
实施例6的参比样品XVIII与实施例7、8和9的样品进行比较。
实施例7实施例7重复实施例6的步骤。采用表7所示的组分和含量涂敷或覆盖珠粒。
表7
如表7所示，相比于由仅使用硬脂酸锌涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品XVIII)，由含有基于珠粒重量5.6wt％的正戊烷作为唯一的发泡剂并使用本发明的涂料组合物涂敷的可膨胀的聚苯乙烯颗粒形成的杯子(样品XXIII)具有改进的ATF。
实施例8实施例8中使用表8所示的组分和含量重复实施例6的步骤。将涂敷的珠粒在预膨胀之前老化48小时。
表8
如表8所示，相比于由仅使用硬脂酸锌涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品XVIII)，由含有基于珠粒重量5.6wt％的正戊烷作为唯一的发泡剂并使用本发明的涂料组合物涂敷的可膨胀的聚苯乙烯颗粒形成的杯子(样品XXIV)具有改进的ATF。
实施例9重复实施例7的步骤。使用亚乙基双硬脂酰胺(从CromptonCorporation以商标名KEMAMIDE_W-40获得)代替PEG8000。使用表9所示的组分和含量涂敷或覆盖珠粒。
表9
如表9所示，相比于由仅使用硬脂酸锌涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品XVIII)，由含有基于珠粒重量5.6wt％的正戊烷作为唯一的发泡剂并使用本发明的涂料组合物涂敷的可膨胀的聚苯乙烯颗粒形成的杯子(样品XXV)具有改进的ATF。
实施例10可膨胀的聚苯乙烯珠粒(NOVA Chemical F271TU)首先在一个鼓式混合器中与液态聚乙二醇400(PEG400)共混。然后，使用聚乙烯蜡和硬脂酸锌(ZnS)以表10中所示的含量涂敷这些PEG涂敷的珠粒。该聚乙烯蜡具有约为1000的平均分子量和约为6微米的粒度。(PE 1000T6从Baker Petrolite以商标名PETROLITE_获得。)通过以下步骤制备两个样品(XXVI-XXVII)3.8磅浸渍的NOVA Chemicals F271TU(可膨胀的聚苯乙烯)杯子珠粒，其直径范围为0.010-0.020英寸并含有基于颗粒重量5.6wt％的正戊烷。
对于样品XXVII，液态PEG400以表10中所示的含量与颗粒在一个鼓式容器中搅拌共混5分钟。然后，将聚乙烯蜡(PE 1000 T6)和硬脂酸锌以表10所示的含量加入到混合物中，该内容物进一步共混另外的5分钟。
该浸渍的、涂敷的珠粒在一个11加仑的Rodman蒸汽预膨胀器(Artisan Industries Inc.)中在大气压下预膨胀。预膨胀分批操作，其预疏松物的目标密度为4.0磅/立方英尺(pfc)。将新制备的预疏松物空气干燥5分钟以除去水分，并在模塑前使其老化约4小时。
使用Autonational 6VLC-125型制杯机(标准模塑条件)和具有如表10所示密度的预膨胀珠粒模塑10盎司的杯子。蒸汽汇集器压力为100磅/平方英寸(psi)，和总的循环时间为约12秒。在测试前，使模塑的杯子老化过夜。
通过以下方法测试每个样品(XXVI-XXVII)的10个杯子将170°F的咖啡倒入每个杯子中，在最初开始的2小时期间，每隔15分钟观测每个杯子容纳咖啡的侧壁和底部的咖啡污渍和渗漏情况，在2-6小时期间，每隔1小时观测一次，然后每隔8小时观测一次直至失败或最长至6天的时间。
类似于实施例1中的规定，计算失败的平均时间(ATF)。最高144小时的ATF值代表在该组杯子样品中没有任何一个杯子表现出任何污渍或渗漏。最低0.25小时的ATF值代表在该组杯子样品中所有的杯子在最初开始的15分钟内失败。
耐咖啡性的结果示于表10中。
表10
如表10所示，相比于由仅使用硬脂酸锌涂敷的颗粒形成的参比杯子(样品XXVI)，由使用本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的浸渍的聚苯乙烯颗粒形成的杯子(样品XXVII)具有改进的ATF。
由本发明的涂料组合物涂敷或覆盖的浸渍的热塑性颗粒可以用于形成盛装杂货店货架上出售的预包装(pre-packaged)食品(例如，方便面和/或速溶汤粉、炖过的食品、肉等)的泡沫塑料容器。
尽管已经依据具体实施方案阐述了本发明，但根据本发明直接的公开内容可以理解许多在本发明基础上的变化方案也在本发明的范围之内。例如，尽管本发明具体描述了泡沫塑料容器，但可以理解，用于热塑性树脂颗粒的该涂料组合物也可以用于形成其它类型的模塑制品。所以，本发明将被广泛地解释并仅由所附的权利要求的范围和精神加以限制。
权利要求
1.含有涂料组合物的热塑性树脂颗粒，所述涂料组合物包括选自(1)液体部分和(2)固体部分的组分，所述液体部分包括(a)大于0.01wt％的平均分子量为约200-约800的聚乙二醇，基于颗粒的重量；和所述固体部分包括选自以下的组分(b)大于0.01wt％的聚烯烃蜡，基于颗粒的重量；(c)大于0.01wt％的高级脂肪酸的金属盐，基于颗粒的重量；(d)大于0.01wt％的平均分子量为约900-约10,000的聚乙二醇，基于颗粒的重量；(e)大于0.01wt％的脂肪双酰胺，基于颗粒的重量；和其组合。
2.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中(a)的含量是0.01wt％-约0.80wt％，基于颗粒的重量；(b)的含量是0.01wt％-约1.0wt％，基于颗粒的重量；(c)的含量是0.01wt％-约0.60wt％，基于颗粒的重量；(d)的含量是0.1wt％-约0.80wt％，基于颗粒的重量；和(e)的含量是0.1wt％-约1.0wt％，基于颗粒的重量。
3.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)和(b)组成。
4.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)和(c)组成。
5.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)和(d)组成。
6.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)和(e)组成。
7.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(b)和(c)组成。
8.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(c)和(d)组成。
9.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(b)和(d)组成。
10.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(b)和(e)组成。
11.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(c)和(e)组成。
12.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(d)和(e)组成。
13.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(b)、(c)和(d)组成。
14.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(b)、(c)和(e)组成。
15.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(c)、(d)和(e)组成。
16.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(b)、(d)和(e)组成。
17.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物由(a)、(b)、(c)、(d)和(e)组成。
18.权利要求3的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物包括(a)含量为0.30wt％的聚乙二醇，基于颗粒的重量；和(b)含量为约0.40wt％的聚烯烃蜡，基于颗粒的重量；和(c)含量为约0.105wt％的高级脂肪酸的金属盐，基于颗粒的重量。
19.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述高级脂肪酸的金属盐选自硬脂酸、月桂酸和肉豆蔻酸的锌盐、镁盐、钙盐和铝盐。
20.权利要求19的热塑性树脂颗粒，其中所述高级脂肪酸的金属盐选自硬脂酸钙和硬脂酸锌。
21.权利要求20的热塑性树脂颗粒，其中所述高级脂肪酸的金属盐是硬脂酸锌。
22.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述热塑性颗粒是衍生自乙烯基芳族单体的均聚物，所述乙烯基芳族单体选自苯乙烯、异丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、nuclear甲基苯乙烯、氯代苯乙烯和叔丁基苯乙烯。
23.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述热塑性树脂颗粒是可膨胀的聚苯乙烯颗粒。
24.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述脂肪双酰胺是亚乙基双硬脂酰胺。
25.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述(a)的聚乙二醇的含量在约0.05wt％-约0.80wt％的范围，基于颗粒的重量，所述聚乙二醇的平均分子量为400。
26.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物所述固体部分的所述组分干混在一起，然后与所述热塑性颗粒干混。
27.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述聚烯烃蜡选自聚乙烯蜡和聚丙烯蜡。
28.权利要求27的热塑性树脂颗粒，其中所述聚烯烃蜡是聚乙烯蜡。
29.权利要求1的热塑性树脂颗粒，其中所述涂料组合物以约0.005wt％-约2.0wt％的含量覆盖所述热塑性树脂颗粒，基于热塑性树脂颗粒的重量。
30.由权利要求1的热塑性树脂颗粒制成的泡沫塑料容器。
31.由权利要求1的热塑性树脂颗粒制成的模塑制品。
32.一种涂料组合物，其包括选自(1)液体部分和(2)固体部分的组分；所述液体部分包括(a)大于0.01wt％的平均分子量为约200-约800的聚乙二醇，基于颗粒的重量；和所述固体部分包括选自以下的组分(b)大于0.01wt％的聚烯烃蜡，基于颗粒的重量；(c)大于0.01wt％的高级脂肪酸的金属盐，基于颗粒的重量；(d)大于0.01wt％的平均分子量为约900-约10,000的聚乙二醇，基于颗粒的重量；(e)大于0.1wt％的亚乙基双硬脂酰胺，基于颗粒的重量；和其组合。
33.权利要求32的涂料组合物，其中(a)的含量是0.01wt％-约0.80wt％，基于颗粒的重量；(b)的含量是0.01wt％-约1.0wt％，基于颗粒的重量；(c)的含量是0.01wt％-约0.60wt％，基于颗粒的重量；(d)的含量是0.1wt％-约0.80wt％，基于颗粒的重量；和(e)的含量是0.1wt％-约1.0wt％，基于颗粒的重量。
34.权利要求32的涂料组合物，其中所述涂料组合物由(a)和(c)组成。
35.权利要求32的涂料组合物，其中所述涂料组合物由(a)、(c)和(d)组成。
36.权利要求32的涂料组合物，其中所述涂料组合物由(a)、(b)和(c)组成。
37.权利要求32的涂料组合物，其中所述涂料组合物由(b)和(c)组成。
38.权利要求32的涂料组合物，其中所述涂料组合物由(a)、(c)和(e)组成。
39.权利要求32的涂料组合物，其中所述涂料组合物包括含量为0.30wt％的(a)，基于颗粒的重量；含量为约0.40wt％的(b)，基于颗粒的重量；和含量为约0.105wt％的(c)，基于颗粒的重量。
40.权利要求32的涂料组合物，其中所述高级脂肪酸的金属盐选自硬脂酸、月桂酸和肉豆蔻酸的锌盐、镁盐、钙盐和铝盐。
41.权利要求40的涂料组合物，其中所述高级脂肪酸的金属盐选自硬脂酸钙和硬脂酸锌。
42.权利要求41的涂料组合物，其中所述高级脂肪酸的金属盐是硬脂酸锌。
43.权利要求32的涂料组合物，其中所述(a)的聚乙二醇的含量在约0.050wt％-约0.80wt％的范围，基于颗粒的重量，所述聚乙二醇的平均分子量为400。
44.权利要求32的涂料组合物，其中所述聚烯烃蜡选自聚乙烯蜡和聚丙烯蜡。
45.权利要求44的涂料组合物，其中所述聚烯烃蜡是聚乙烯蜡。
46.一种改进由可膨胀的热塑性树脂颗粒制得的泡沫塑料容器的防渗性的方法，其包括以下步骤将权利要求32的涂料组合物施涂到可膨胀的热塑性树脂颗粒上，并包括以下步骤将所述涂料组合物的组分(a)施涂到所述可膨胀的热塑性树脂颗粒上和将组分(b)-(e)的组合加入到所述热塑性树脂颗粒中。
47.一种改进由可膨胀的热塑性树脂颗粒制得的泡沫塑料容器的防渗性的方法，所述热塑性树脂颗粒形成预膨胀的热塑性树脂颗粒，其包括以下步骤将权利要求32的涂料组合物施涂到所述预膨胀的可膨胀的热塑性树脂颗粒上，并包括以下步骤非必要地将所述涂料组合物的组分(a)施涂到所述预膨胀的热塑性树脂颗粒上和将组分(b)-(e)的组合加入到所述预膨胀的热塑性树脂颗粒中。
全文摘要
本发明涉及用一种涂料组合物涂敷的用于形成泡沫塑料容器(例如，杯、碗等)的可膨胀或预膨胀的热塑性颗粒(例如，聚苯乙烯颗粒)，所述涂料组合物包括液体部分和固体部分，该液体部分包括(a)平均分子量为约200－800的聚乙二醇；和该固体部分包括选自以下的组分(b)聚烯烃蜡，例如，聚乙烯蜡；(c)高级脂肪酸的金属盐，例如，硬脂酸锌或硬脂酸钙；(d)平均分子量为900－10,000的聚乙二醇；和(e)脂肪双酰胺或脂肪酰胺，例如，亚乙基双硬脂酰胺；和组分(b)－(e)的组合。该涂料组合物可以防止或阻止液体和含油质和/或脂肪成分的食品的渗漏，并可以改进泡沫塑料容器的边缘强度和ATF特性。
文档编号C08L1/00GK1756652SQ200480005590
公开日2006年4月5日 申请日期2004年1月31日 优先权日2003年2月4日
发明者唐建生, D·A·考恩, D·H·皮斯帕宁, M·T·威廉姆斯 申请人:诺瓦化学公司