Удаление кислорода

Удаление кислорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к удалению кислорода и, в частности, хотя и не исключительно, к удалению кислорода из контейнеров, например - из контейнеров для пищевых продуктов или напитков.

В публикации WO 2008/090354 А описано средство, генерирующее водород, предназначенное для генерации молекулярного водорода в химической реакции, включающей активное вещество, включенное в контейнер. Катализатор связан с контейнером и предназначен для катализа реакции между молекулярным водородом и молекулярным кислородом, который проникает в контейнер, за счет которой удаляется кислород, а содержимое контейнера защищается от разложения, обусловленного присутствием кислорода и/или связанного с присутствием кислорода. Соответственно, можно увеличить срок хранения пищевых продуктов и напитков, упакованных в полимерные, например - изготовленные из полиэтилентерефталата, контейнеры. Конкретные примеры, приведенные в публикации WO 2008/090354 А, демонстрируют эффективность изобретения со ссылкой на ПЭТ-бутылки, изготовленные посредством раздува из смеси ПЭТ и палладиевого катализатора, причем катализатор распределен по всей стенке бутылки. Водород образуется из дисков, содержащих борогидрид натрия. Бутылки заполняют питьевой водой. Результаты показывают, что в течение периода испытания, равного двум месяцам, не происходит измеримого увеличения концентрации кислорода (Пример 12).

Публикация WO 2010/115992 также относится к удалению кислорода из контейнеров. В этом случае описан широкий спектр крышек для контейнеров. Не представлено данных относительно эффективности различных конструкций крышек.

Хотя удаление кислорода из контейнеров, содержащих не очень чувствительные к кислороду пищевые продукты и напитки, является сложной задачей, достаточно быстрое удаление кислорода из контейнеров, содержащих очень чувствительные к кислороду потребительские товары (например, вино или фруктовые соки), является еще более сложной задачей - кислород должен удаляться и/или реагировать со скоростью, превышающей скорость реакции кислорода с потребительским товаром.

Соки содержат витамин С (аскорбиновую кислоту), который очень чувствителен к кислороду, и для увеличения срока хранения (до и после первоначального вскрытия) сок, находящийся в упаковке, требует быстрого удаления кислорода.

Фиг. 1 является схематическим изображением бутылки для сока, изготовленной с использованием технологии удаления кислорода такого типа, как описано в WO 2008/090354 А и WO 2010/115992 А. Бутылка 2 содержит крышку 4 и корпус 6, содержащий сок 8, который содержит аскорбиновую кислоту. Крышка 4 содержит гидрид, который генерирует водород при контакте с влагой, которая заполняет свободное пространство 9 над продуктом, а корпус 6 бутылки содержит ПЭТ, включающий палладиевый катализатор. Как показано на рисунке, кислород (O₂) проникает через корпус 6, а в крышке генерируется водород. Водород проникает в свободное пространство над продуктом и частично растворяется в соке, что приводит к диффузии водорода через весь корпус 6, при этом водород соединяется с палладиевым катализатором, за счет чего катализатор активируется. После того как кислород проникает через корпус 6 в любой его точке, он оказывается в непосредственной близости от катализатора, активированного водородом, что приводит к быстрому удалению кислорода, так что в соке 8 содержится лишь очень низкая концентрация кислорода, что минимизирует количество кислорода, доступного для реакции с аскорбиновой кислотой, содержащейся в соке. В результате минимизируется разложение сока, и такая защита сохраняется в течение всего времени, пока гидрид, содержащийся в крышке, генерирует достаточное количество водорода.

Другие решения для защиты содержимого контейнера от кислорода включают конструирование всех стенок контейнера таким образом, чтобы они образовывали барьер для газа и препятствовали проникновению кислорода в контейнер. Например, стенки могут содержать несколько слоев и/или иметь покрытие, например - может быть использован оксид кремния PLASMAX (товарный знак). Другое коммерчески доступное решение для ПЭТ-контейнеров включает включение окисляемого полимера (например, AMOSORB (товарный знак) и катализатора во всю стенку контейнера. Кислород, проникающий через стенку, удаляется за счет реакции с окисляемым полимером до его проникновения в содержимое контейнера.

Таким образом, коммерчески доступные решения, описанные выше, решают проблему за счет обработки всей стенки контейнера так, чтобы удалять кислород или блокировать проникновение кислорода в содержимое контейнера в точке, где кислород первоначально вступает в контакт с контейнером. Такая обработка, по определению, связывает дополнительные материалы с, например, ПЭТ, используемым для изготовления контейнера, а это может усложнить переработку контейнеров в качестве вторичного сырья, по сравнению со случаем, когда необходимо переработать контейнер, содержащий 100% ПЭТ.

Исходя из вышесказанного, можно ожидать, что защита чувствительных к кислороду потребительских товаров требует распределения катализатора по большой площади поверхности и/или по всей стенке корпуса контейнера, чтобы кислород мог быть быстро удален до того, как значительное количество кислорода проникнет в напиток, и/или до того, как он достигнет внутреннего пространства контейнера. Однако настоящее изобретение в одном из аспектов основано на неожиданном открытии, которое противоречит вышесказанному.

Кроме того, желательно, чтобы система удаления кислорода была экономически эффективной, и/или постоянной проблемой является снижение стоимости используемых компонентов. Настоящее изобретение в другом аспекте относится к этой проблеме.

Также задачей настоящего изобретения является облегчение включения средств для удаления кислорода в контейнеры широкого спектра типов.

В общих чертах, задачей настоящего изобретения является решение проблем, связанных с удалением кислорода, например, в контейнерах для пищевых продуктов и напитков.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предусмотрена удаляющая кислород структура (далее обозначаемая как «УКС»), которая содержит:

- средство, генерирующее водород, которое содержит активный материал, предназначенный для генерации молекулярного водорода в реакции с влагой; и

- катализатор для катализа реакции между водородом и кислородом.

Аббревиатура «млн^-1» в данной публикации означает «массовых частей на миллион».

УКС может быть предназначена для крепления (или может быть прикреплена) к любой части контейнера, например, к внутренней стороне нижней стенки или к внутренней стороне боковой стенки, например, чашки или лотка или любого контейнера для продуктов, например - пищевых продуктов или напитков. УКС может быть предназначена для крышки, или она может быть частью крышки, как описано ниже.

УКС предпочтительно включает первую зону структуры, которая ограничена лицевой поверхностью УКС, которая имеет наибольшую площадь. УКС может содержать меньше 0,10 мкг (например, меньше 0,08 мкг или меньше 0,06 мкг) катализатора на единицу площади (в мм²) первой зоны структуры. УКС может содержать по меньшей мере 0,01 мкг, например - по меньшей мере 0,02 мкг, катализатора на единицу площади (в мм²) первой зоны структуры.

УКС может содержать меньше 0,000200 г, предпочтительно - меньше 0,000150 г, более предпочтительно - меньше 0,000100 г катализатора.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения УКС может содержать меньше 0,000040 г, допустимо - меньше 0,000035 г, предпочтительно - меньше 0,000030 г, более предпочтительно - меньше 0,000025 г, в частности - меньше 0,000020 г катализатора. В некоторых случаях УКС может содержать меньше 0,000015 г, меньше 0,000010 г или даже меньше 0,000008 г катализатора. УКС может содержать по меньшей мере 0,00000050 г или по меньшей мере 0,0000010 г катализатора.

УКС может содержать меньше 100 млн^-1, допустимо - меньше 60 млн^-1, предпочтительно - меньше 40 млн^-1, более предпочтительно - меньше 20 млн^-1 катализатора, в пересчете на общую массу УКС. В особо предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения УКС может содержать меньше 10 млн^-1, допустимо - меньше 8 млн^-1, предпочтительно - меньше 6 млн^-1, более предпочтительно - меньше 5 млн^-1 катализатора, в пересчете на общую массу УКС. УКС может содержать по меньшей мере 1 млн^-1 катализатора.

Для того чтобы максимизировать эффективность катализатора, предпочтительно, чтобы катализатор был хорошо диспергирован. Катализатор может быть гетерогенным. В случае гетерогенных катализаторов предпочтительно, чтобы средний размер частиц катализатора был меньше 1 мкм, более предпочтительно, чтобы средний размер частиц катализатора был меньше 100 нм, и особо предпочтительно, чтобы средний размер частиц катализатора был меньше 10 нм. В случае гетерогенных катализаторов частицы катализатора могут быть свободными, или они могут быть диспергированы по поверхности материала подложки, например - углерода, оксида алюминия или других сходных материалов.

Описываемая УКС может иметь различные размеры (например, диаметры) и формы, и поэтому она может быть сконструирована так, чтобы ее можно было соединить с контейнерами или их частями различного размера (например, прикрепить к ним).

Катализатор предпочтительно диспергирован в одном или более (например, в двух) материалах, которые являются составными частями УКС. Материал или материалы, в которых диспергирован катализатор, предпочтительно занимают первый объем структуры внутри УКС. Первый объем структуры может быть меньше 15000 мм³, меньше 10000 мм³, меньше 8000 мм³, меньше 7000 мм³, меньше 6000 мм³, меньше 5000 мм³, меньше 4000 мм³, меньше 1500 мм³, меньше 1200 мм³, меньше 1000 мм³, меньше 800 мм³, меньше 700 мм³, меньше 500 мм³ или меньше 400 мм³. Первый объем структуры может быть равен по меньшей мере 100 мм³, или по меньшей мере 150 мм³, или по меньшей мере 200 мм³.

Отношение объема катализатора к его площади (CVR; от англ. catalyst volume-area ratio) в данной работе определено следующим образом:

Лицевая поверхность предпочтительно симметрична относительно одной поверхности, перпендикулярной к этой лицевой поверхности (предпочтительно - относительно двух взаимно ортогональных поверхностей). Лицевая поверхность может иметь по меньшей мере 3 или по меньшей мере 4 стороны - например, она может быть квадратной или прямоугольной.

Площадь лицевой поверхности предпочтительно имеет по существу круглый периметр. Площадь может быть кольцевой или круглой.

CVR может быть равно по меньшей мере 0,2 или по меньшей мере 0,3. Допустимо его значение, лежащее в диапазоне от 0,2 до 1,5, предпочтительно - от 0,8 до 1,2, более предпочтительно - от 0,9 до 1,1.

Материал или материалы, в которых диспергирован катализатор (например, образующие первый объем структуры), могут содержать по меньшей мере 0,005 мкг, допустимо - по меньшей мере 0,010 мкг, предпочтительно - по меньшей мере 0,015 мкг катализатора на единицу объема (в мм³) материала или материалов. Если катализатор диспергирован в двух (или более) различных материалах, то значения в мкг на единицу объема относятся к общему количеству катализатора в двух (или более) слоях, деленному на общий объем (в мм³), занимаемый слоями. Материал или материалы, в которых диспергирован катализатор, могут содержать меньше 0,20 мкг, допустимо - меньше 0,15 мкг, предпочтительно - меньше 0,10 мкг, более предпочтительно - меньше 0,08 мкг, в частности - меньше 0,06 мкг катализатора на единицу объема (в мм³).

Первый объем структуры может содержать от 0,00000050 г до 0,000160 г, допустимо - от 0,00000050 г до 0,00010 г катализатора. В некоторых случаях первый объем может содержать от 0,00000050 г до 0,000040 г, например - от 0,0000010 г до 0,000020 г, катализатора.

Средство, генерирующее водород, может содержать материал матрицы, с которым связан активный материал.

УКС предпочтительно содержит средство регулирования для регулирования поступления влаги, например - воды или водяного пара (например, из материала, хранящегося в корпусе контейнера), к активному материалу, предназначенному для генерации молекулярного водорода. Средство регулирования также может ограничивать миграцию материалов в продукт, находящийся в контейнере, во время эксплуатации контейнера. Обеспечение описанного средства регулирования придает значительную гибкость, которая обеспечивает регулирование скорости образования водорода средством, генерирующим водород, и регулирование времени, в течение которого генерируется водород, которое определяет срок хранения контейнера. Например, для обеспечения длительного срока хранения относительно большое количество активного материала может быть связано с матрицей, и за счет регулирования поступления влаги к средству, генерирующему водород, регулируются скорость генерации водорода и скорость расходования активного материала. В противоположность этому, в отсутствие средства регулирования относительно большое количество активного материала может продуцировать водород с более высокой скоростью и быстрее расходоваться, что означает сокращение срока хранения контейнера.

Средство регулирования предпочтительно предназначено для регулирования первого эволюционного отношения, при этом первое эволюционное отношение определено как:

Первое эволюционное отношение может быть меньше 4, предпочтительно - меньше 3, более предпочтительно - меньше 2. Отношение может быть больше 0,5, предпочтительно - больше 0,8, и более предпочтительно - равно 1 или больше.

Выбранный начальный 5-дневный период может находиться в пределах 45 дней, допустимо - в пределах 30 дней, 15 дней, 10 дней или 5 дней после заполнения контейнера, например - напитком.

Средство регулирования предпочтительно предназначено для регулирования второго эволюционного отношения, причем второе эволюционное отношение определено как:

Второе эволюционное отношение может быть меньше 4, предпочтительно - меньше 3, более предпочтительно - меньше 2. Отношение может быть больше 0,5, предпочтительно - больше 0,8, и более предпочтительно - равно 1 или больше.

Средство регулирования предпочтительно предназначено для регулирования третьего эволюционного отношения, причем третье эволюционное отношение определено как:

Третье эволюционное отношение может быть меньше 4, предпочтительно - меньше 3, более предпочтительно - меньше 2. Отношение может быть больше 0,5, предпочтительно - больше 0,8, и более предпочтительно - равно 1 или больше.

Можно использовать первое и второе эволюционные отношения. Предпочтительно используют первое, второе и третье эволюционные отношения.

Допустимо, чтобы единственным путем поступления влаги к средству, генерирующему водород, был путь через средство регулирования. Средство регулирования предпочтительно образует непрерывный барьер между средством, генерирующим водород, и источником влаги, находящимся в контейнере.

Если не указано иное, то проницаемость для воды измеряют с использованием процедуры Е96 (процедура Е) из Ежегодного сборника стандартов Американского общества по испытанию материалов (ASTM) при 38°С и относительной влажности воздуха, равной 90%.

Средство регулирования выбирают так, что оно определяет скорость проникновения влаги, например - водяного пара, из контейнера к активному материалу. Обычно скорость проникновения влаги через средство регулирования к средству, генерирующему водород, не превышает (например, может быть меньше) скорости проникновения воды через средство, генерирующее водород (то есть через материал матрицы, как описано ниже). Предпочтительно, для обеспечения вышесказанного отношение проницаемости (г⋅мм/м²⋅д) для водяного пара средства регулирования к проницаемости для водяного пара материала матрицы равно 1 или меньше, предпочтительно - равно 0,75 или меньше, более предпочтительно - равно 0,5 или меньше. В некоторых ситуациях средство регулирования и материал матрицы содержат один и тот же материал; в этом случае проницаемость соответствующих материалов для водяного пара может быть по существу одинаковой. В других ситуациях проницаемость для водяного пара средства регулирования может быть такой, что скорость проникновения влаги через средство регулирования к средству, генерирующему водород, больше, чем скорость проникновения влаги через средство, генерирующее водород. Тем не менее, в таких ситуациях средство регулирования все еще обеспечивает регулирование генерации водорода, поскольку влага «аккумулируется» в материале средства регулирования, и показано, что скорость генерации водорода в присутствии такого средства регулирования меньше, чем в отсутствие такого средства регулирования.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения отношение проницаемости для водяного пара (г⋅мм/м²⋅день) средства регулирования к проницаемости для водяного пара материала матрицы равно 15 или меньше, 10 или меньше, 3 или меньше, или 2,6 или меньше. Оно может лежать в диапазоне от 0 до 15, от 0 до 10 или от 0 до 3.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения средство регулирования содержит материал, например - полимерный материал, который имеет проницаемость для водяного пара (г⋅мм/м²⋅день), которая равна или меньше проницаемости для водяного пара материала матрицы (предпочтительно полимерный материал матрицы содержится в наибольшем количестве, если в матрице содержится больше одного полимерного материала) средства, генерирующего водород. Отношение проницаемости для водяного пара материала, например - полимерного материала, средства регулирования к проницаемости для водяного пара материала матрицы (предпочтительно полимерный материал матрицы содержится в наибольшем количестве, если в матрице содержится больше одного полимерного материала) средства, генерирующего водород, может быть равно 1 или меньше, предпочтительно - равно 0,75 или меньше, более предпочтительно - равно 0,5 или меньше.

Средство регулирования может содержать слой материала, например - полимерного материала, имеющего проницаемость для водяного пара меньше 5,0 г⋅мм/м²⋅день, допустимо - меньше 4,0 г⋅мм/м²⋅день, предпочтительно - меньше 3,0 г⋅мм/м²⋅день, более предпочтительно - меньше 2,0 г⋅мм/м²⋅день.

Средство регулирования может содержать слой (или слои) полимерного материала, выбранного из полиэтилена высокой плотности (HDPE), полипропилена (РР), линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), полиэтилена низкой плотности (LDPE), полистирола (PS), полиэтилентерефталата (PET), этилвинилацетата (EVA), стирол-этилен-бутиленовых сополимеров (SEBS), нейлона (например, Нейлона-6), термопластичных эластомеров (ТРЕ) и олефиновых блоксополимеров (OBS), а также смесей этих и других полимеров.

По меньшей мере часть средства регулирования предпочтительно предусмотрена в первом слое. Второй слой может содержать средство, генерирующее водород. Второй слой может граничить и/или контактировать (например, контактировать лицом к лицу) с первым слоем. Если средство регулирования содержит больше одного слоя, то часть средства регулирования может быть образована первым слоем, а часть образована вторым слоем.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средство регулирования в первом слое может по существу полностью окружать средство, генерирующее водород, предусмотренное во втором слое, например, как изображено далее на Фиг. 7.

Второй слой может содержать средство, генерирующее водород, которое может содержать матрицу, с которой связан активный материал, например - погружен или, предпочтительно, диспергирован. Матрица может содержать материал матрицы, например - полимерный материал матрицы, выбранный на основе растворимости влаги в массе полимера и являющийся химически инертным по отношению к активному материалу. Материалы матрицы имеют проницаемость для водяного пара, превышающую 0,1 г⋅мм/м²⋅день, допустимо - превышающую 0,2 г⋅мм/м²⋅день, предпочтительно - превышающую 0,4 г⋅мм/м²⋅день, более предпочтительно - превышающую 0,6 г⋅мм/м²⋅день, и особо предпочтительно - превышающую 1,0 г⋅мм/м²⋅день. В некоторых случаях проницаемость для водяного пара может превышать 1,0 г⋅мм/м²⋅день. Материал матрицы может содержать смесь, содержащую, например, по меньшей мере два полимерных материала.

Проницаемость для водяного пара материала матрицы может быть меньше 5 г⋅мм/м²⋅день, меньше 4 г⋅мм/м²⋅день или меньше 3 г⋅мм/м²⋅день. Подходящими полимерными материалами являются, но не ограничиваются этим, этиленвинилацетат, стирол-этилен-бутиленовые сополимеры (SEBS, от англ. styrene-ethylene-butylene copolymers), Нейлон-6, стирол, стирол-акрилатные сополимеры, полибутилентерефталат, полиэтилен и полипропилен.

Катализатор может быть диспергирован в первом слое или во втором слое. Сумма объемов первого и второго слоев обозначена как «суммарный объем» в мм³. УКС может содержать меньше 0,20 мкг, допустимо - меньше 0,15 мкг, предпочтительно - меньше 0,10 мкг, более предпочтительно - меньше 0,08 мкг, особо предпочтительно - меньше 0,06 мкг катализатора на единицу суммарного объема в мм³. В некоторых случаях первый или второй слой могут содержать от 0,00000050 г до 0,000040 г, предпочтительно - от 0,0000010 г до 0,000020 г катализатора. По меньшей мере один из первого и второго слоев (предпочтительно - и первый, и второй слои) могут содержать меньше 100 млн^-1, меньше 80 млн^-1 или меньше 60 млн^-1 катализатора. В некоторых случаях по меньшей мере один из первого и второго слоев (предпочтительно - и первый, и второй слои) могут содержать меньше 50 млн^-1, допустимо - меньше 45 млн^-1, предпочтительно - меньше 35 млн^-1, более предпочтительно - меньше 25 млн^-1 катализатора. По меньшей мере один из первого и второго слоев может содержать по меньшей мере 5 млн^-1, по меньшей мере 10 млн^-1, по меньшей мере 12 млн^-1 или по меньшей мере 15 млн^-1 катализатора.

Максимальная толщина первого слоя может быть меньше 5 мм, предпочтительно - меньше 4 мм, более предпочтительно - меньше 3 мм. Минимальная толщина первого слоя может быть равна по меньшей мере 0,1 мм, предпочтительно - по меньшей мере 0,2 мм. Первый слой может иметь разные толщины на своем протяжении. Допустимо, чтобы на по меньшей мере 50%, предпочтительно - на по меньшей мере 60% площади первого слоя, которая может быть обращена к содержимому используемого контейнера, толщина, измеренная перпендикулярно к основной плоскости или поверхности первого слоя, лежала в диапазоне от 0,1 мм до 1,5 мм, допустимо - от 0,1 мм до 1,0 мм, предпочтительно - от 0,15 мм до 0,50 мм.

Первый и второй слои совместно могут содержать меньше 50 млн^-1 катализатора (в пересчете на общую массу катализатора, диспергированного в общей массе первого и второго слоев). Первый и второй слои совместно могут содержать меньше 45 млн^-1, предпочтительно - меньше 35 млн^-1, более предпочтительно - меньше 30 млн^-1, особо предпочтительно - меньше 25 млн^-1 катализатора. Первый и второй слои совместно могут содержать по меньшей мере 5 млн^-1, по меньшей мере 10 млн^-1, по меньшей мере 12 млн^-1 или по меньшей мере 15 млн^-1 катализатора.

Первый слой предпочтительно содержит по меньшей мере некоторое количество катализатора. Первый слой может содержать по меньшей мере 50 масс. %, предпочтительно - по меньшей мере 70 масс. %, наиболее предпочтительно - по меньшей мере 90% от общего количества катализатора в УКС.

Второй слой может иметь максимальную толщину, которая меньше 3 мм или меньше 2 мм. Минимальная толщина второго слоя может составлять по меньшей мере 0,1 мм, по меньшей мере 0,2 мм, по меньшей мере 0,5 мм или по меньшей мере 0,8 мм. Второй слой может иметь разные толщины на своем протяжении. Допустимо, чтобы на по меньшей мере 50%, предпочтительно - на по меньшей мере 60% площади второго слоя, которая обращена к внутреннему пространству корпуса используемого контейнера, толщина, измеренная перпендикулярно к основной плоскости или поверхности второго слоя, лежала в диапазоне от 0,1 мм до 2 мм, например - от 0,2 мм до 2 мм.

УКС может включать содержащую катализатор структуру, которая предпочтительно содержит три или меньше слоев. Она предпочтительно содержит описанные выше первый и второй слои. Предпочтительно она содержит только два слоя - то есть, только описанные выше первый и второй слои.

УКС может быть устроена так, чтобы ее можно было прикрепить к корпусу контейнера посредством термосклеивания, приклеивания или сваривания.

Содержащая катализатор структура имеет площадь поверхности, открытую во внутреннее пространство корпуса используемого контейнера. Площадь поверхности может быть меньше 5000 мм², меньше 4000 мм² или меньше 3000 мм². Она может быть меньше 1500 мм², допустимо - меньше 1200 мм², более предпочтительно - меньше 900 мм². В некоторых случаях площадь поверхности может быть меньше 800 мм² или меньше 700 мм². Допустимо, чтобы площадь поверхности была больше 150 мм², предпочтительно - больше 300 мм², более предпочтительно - больше 400 мм².

Максимальная толщина содержащей катализатор структуры, измеренная в направлении, перпендикулярном максимальному размеру (например, диаметру) структуры, может быть меньше 4 мм, предпочтительно - меньше 3 мм, более предпочтительно - меньше 2,5 мм. Минимальная толщина, измеренная в соответствии с вышесказанным, может быть равна по меньшей мере 0,10 мм, допустимо - по меньшей мере 0,20 мм.

Содержащая катализатор структура может иметь объем меньше 10000 мм³, меньше 8000 мм³ или меньше 6000 мм³. В некоторых случаях объем может быть меньше 4000 мм³ или меньше 2000 мм³. Она может иметь объем, который равен по меньшей мере 100 мм³ или по меньшей мере 150 мм³.

Если материал или материалы, в которых диспергирован катализатор, занимают первый объем, как описано выше, то содержащая катализатор структура может включать этот первый объем.

Если УКС включает первый слой и/или второй слой, как описано выше, то содержащая катализатор структура может включать первый и второй слои. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения между первым и вторым слоями может быть предусмотрен дополнительный слой (или слои), причем дополнительный слой (или слои) может действовать как связующий слой.

Если содержащая катализатор структура включает вышеописанные первый и второй слои, то первый слой может быть расположен ближе к содержимому корпуса используемого контейнера, чем второй слой. Первый слой может перекрывать второй слой. Второй слой может быть окружен, по меньшей мере частично, первым слоем. Второй слой предпочтительно не открывается во внутреннее пространство корпуса используемого контейнера.

Второй слой может быть расположен между стенкой контейнера и первым слоем. Предпочтительно второй слой полностью инкапсулирован; он может быть изолирован от содержимого корпуса используемого контейнера первым слоем.

Катализатор выбирают таким, чтобы он катализировал реакцию между молекулярным водородом и молекулярным кислородом с образованием воды. Известно большое количество катализаторов, катализирующих реакцию водорода с кислородом, включая многие переходные металлы, бориды металлов (например, борид никеля), карбиды металлов (например, карбид титана), нитриды металлов (например, нитрид титана) и соли и комплексные соединения переходных металлов. Особенно эффективными из них являются металлы VIII группы. Из металлов VIII группы особо предпочтительны палладий и платина из-за их низкой токсичности и исключительной эффективности при катализе преобразования водорода и кислорода в воду с низким образованием или вообще без образования побочных продуктов. Катализатор предпочтительно является окислительно-восстановительным катализатором.

Если не указано иное, то количества (например, в млн^-1, масс. % и т.п.), указанные в данной работе, являются количествами активных групп, например - атомов металла, которые способны катализировать реакцию между молекулярным водородом и молекулярным кислородом, за исключением координированных групп. Поэтому, если для доставки палладия используют ацетат палладия, то млн^-1, масс. % и т.п., указанные в данной работе, относятся к млн^-1, масс. % и т.п. доставляемого палладия без ацетатных групп.

Предпочтительно катализатором является металл, предпочтительно - переходный металл, предпочтительно выбранный из палладия и платины, при этом особо предпочтителен палладий.

Ссылки на катализатор, катализирующий реакцию между водородом и кислородом, относятся ко всем такого рода катализаторам, даже если в крышку включены различные типы таких катализаторов. Тем не менее, предпочтительно крышка содержит один тип катализатора.

Если средство, генерирующее водород, содержит материал матрицы, с которым связан активный материал, то отношение массы активного материала к массе материала матрицы может быть равно по меньшей мере 0,01, предпочтительно - по меньшей мере 0,02. Матрица предпочтительно содержит полимерную матрицу, в которой диспергирован активный материал. В целом, если активный материал диспергирован в полимере, то скорость выделения водорода ограничивается скоростью проникновения воды в полимерную матрицу и/или растворимостью воды в выбранной матрице. Поэтому выбор полимерных материалов на основании проницаемости или растворимости воды в полимере позволяет регулировать скорость выделения молекулярного водорода из активных материалов. Однако за счет выбора подходящего средства регулирования стадия, определяющая скорость выделения водорода, может быть определена свойствами средства регулирования, как описано в данной работе.

Матрица может содержать по меньшей мере 1 масс. % активного материала, предпочтительно - по меньшей мере 2 масс. %. Матрица может содержать меньше 70 масс. % активного материала. Матрица может содержать от 1 масс. % до 60 масс. %, предпочтительно - от 2 масс. % до 40 масс. %, активного материала, более предпочтительно - от 4 масс. % до 30 масс. % активного материала. Баланс материала в матрице преимущественно может определяться содержанием полимерного материала. Матрица может содержать добавки, например - наполнители (например, масла) и материалы, которые придают внешнему виду матрицы большую визуальную однородность.

Активный материал может содержать металл и/или гидрид. Металл может быть выбран из натрия, лития, калия, магния, цинка или алюминия. Гидрид может быть неорганическим, например, он может содержать гидрид или борогидрид металла, или он может быть органическим.

Активные материалы, подходящие для выделения молекулярного водорода в результате контакта с водой, включают, но не ограничиваются этим: металлический натрий, металлический литий, металлический калий, металлический кальций, гидрид натрия, гидрид лития, гидрид калия, гидрид кальция, гидрид магния, борогидрид натрия и борогидрид лития. В свободном состоянии все эти вещества очень быстро реагируют с водой; тем не менее, при их заключении в полимерную матрицу реакция протекает с такой скоростью, что период полурасхода активного вещества равен нескольким неделям или месяцам, например - при хранении при температуре окружающей среды.

Другими активными веществами могут быть органические гидриды, такие как гидриды тетраметилдисилоксана и триметилолова, а также металлы, такие как магний, цинк или алюминий. Если скорость реакции между активным материалом и водой является слишком низкой, настоятельно рекомендовано добавление катализаторов и/или средств гидролиза. Например, скорость гидролиза гидридов кремния может быть повышена при использовании гидроксильных ионов или фторидных ионов, солей переходных металлов или катализаторов на основе благородных металлов.

Также предполагается, что активный материал также может быть полимерной матрицей. Например, полимерные гидриды кремния, такие как полиметилгидросилоксан, одновременно образуют полимерную матрицу и активное вещество, способное выделять молекулярный водород при контакте с влагой.

Выбор подходящих активных веществ для включения в полимерную матрицу может быть основан на многих критериях, включающих, но не ограничивающихся этим, цену за килограмм, количество граммов Н₂, выделяемое на грамм активного вещества, термическую и окислительную стабильность активного вещества, предполагаемую токсичность материала и побочных продуктов его реакции, а также легкость обращения перед включением в полимерную матрицу. Из подходящих активных веществ предпочтительны гидриды; примером является борогидрид натрия, поскольку он коммерчески доступен, термически стабилен, относительно дешев, имеет низкую эквивалентную молекулярную массу и образует безвредные побочные продукты (метаборат натрия).

Средство, генерирующее водород, допустимо - в форме гидрида, предпочтительно расположено во втором слое, описанном выше, и отношение массы средства, генерирующего водород (например, гидридного соединения), к массе полимерной матрицы, может лежать в диапазоне от 0,02 до 0,25, предпочтительно - в диапазоне от 0,06 до 0,12.

Отношение массы средства, генерирующего водород (например, гидридного соединения), к массе катализатора (например, палладия) в УКС предпочтительно лежит в диапазоне от 50 до 20000, более предпочтительно - в диапазоне от 800 до 15000, особо предпочтительно - в диапазоне от 2000 до 12000.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения УКС содержит, предпочтительно - по существу состоит из крышки для корпуса контейнера, которая содержит:

- средство, генерирующее водород, которое содержит активный материал, способный генерировать молекулярный водород в процессе реакции с влагой; и

- катализатор для катализа реакции между водородом и кислородом.

Крышка предпочтительно содержит первую зону крышки, которая является зоной, ограниченной периметром крышки, причем этот периметр окружает отверстие в корпусе используемого контейнера для закрытия контейнера. Крышка может содержать меньше 0,1 мкг (например, меньше 0,08 мкг или меньше 0,06 мкг) катализатора на единицу площади (в мм²) первой зоны крышки. Крышка может содержать по меньшей мере 0,01 мкг, например - по меньшей мере 0,02 мкг катализатора на единицу площади (в мм²) первой зоны крышки.

Крышка предпочтительно содержит бесконечное уплотняющее средство, которое расположено так, что оно входит в контакт с корпусом контейнера для обеспечения герметичного соединения крышки с корпусом контейнера. Вторая зона крышки ограничена внутренним периметром бесконечного уплотняющего средства. Например, в конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, которые будут описаны ниже, зона крышки является зоной с уплотнительной прокладкой 46.

Крышка может содержать меньше 0,10 мкг (например, меньше 0,08 мкг или меньше 0,06 мкг) катализатора на единицу площади (в мм²) второй зоны крышки. Крышка может содержать по меньшей мере 0,01 мкг, например - по меньшей мере 0,02 мкг, катализатора на единицу площади (в мм²) второй зоны крышки.

Крышка может содержать меньше 0,000200 г, предпочтительно - меньше 0,000150 г, более предпочтительно - меньше 0,000100 г катализатора.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, например, если крышка имеет диаметр, примерно равный 38 мм, крышка может содержать меньше 0,000040 г, допустимо - меньше 0,000035 г, предпочтительно - меньше 0,000030 г, более предпочтительно - меньше 0,000025 г, особо предпочтительно - меньше 0,000020 г катализатора. В некоторых случаях крышка может содержать меньше 0,000015 г, меньше 0,000010 г или даже меньше 0,000008 г катализатора. Крышка может содержать по меньшей мере 0,00000050 г или по меньшей мере 0,0000010 г катализатора.

Крышка может содержать меньше 10 млн^-1, допустимо - меньше 8 млн^-1, предпочтительно - меньше 6 млн^-1, более предпочтительно -