МНОГОСЛОЙНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ УПАКОВКА

Полезная модель относится к полужесткой полимерной упаковочной таре (упаковке), изготовленной путем формования пластического материала под давлением и применяемой для упаковки пищевых продуктов, а также для упаковки различных химических сыпучих, пастообразных и жидких веществ.
В настоящее время известно большое количество полимерных материалов для изготовления пластиковых полимерных упаковок. Для сохранения свойств пищевых продуктов очень важен состав материала, который идет на изготовление упаковки. Важно, чтобы материал, из которого изготовлена упаковка, не пропускал воду (а также жидкости) и также был непроницаем для воздуха. Одновременно упаковка должна сохранять запах и вкус продукта, находящегося в ней. Все эти требования необходимы особенно для упаковки пищевых продуктов, чтобы обеспечить их длительное хранение и стерильность. Простая полимерная упаковка (ее принято называть однослойной) не пропускает жидкости. Для того чтобы она обеспечивала непроницаемость воздуха из атмосферы, используют многослойный полимерный материал. Основным свойством многослойного полимерного материала является то, что в нем присутствует дополнительный полимерный барьерный слой, защищающий продукт от проникновения кислорода воздуха. Такую упаковку принято называть многослойной полимерной упаковкой. Обычно для скрепления всех слоев используют различные склеивающие их составы (адгезионные материалы). При традиционных методах изготовления упаковки это необходимо, потому что материалы, характеризующиеся высоким барьером по отношению к кислороду, очень чувствительны к воздействию влаги воздуха и не имеют адгезии к материалам слоев, защищающих их от влаги.
Однако упаковка с наличием клеевых и адгезионных слоев более толстая, ее изготовление более дорогостоящее, т.к. необходим дополнительный материал, скрепляющий все слои. Кроме того, такую упаковку, в которой все слои склеены, трудно отличить от подделок и также упаковки, выполненной из однослойного материала, которая не может выполнить все функции упаковки из многослойного материала (о чем сказано выше).
Известна многослойная полимерная упаковка, описанная в патенте JP N 3277670 [1]. Изделие сформовано литьем под давлением и содержит пять слоев трех видов. Внутренний и внешний слои изделия сформованы из полиолефиновой смолы. Между внутренним и внешним слоями расположены клейкие слои из термопластичной смолы, содержащей в качестве основного компонента сополимер на основе олефина, модифицированного привитой сополимеризацией. Между клейкими слоями сформован барьерный слой из смолы, непроницаемой для кислорода. Изделие отличается тем, что клейкие слои содержат металлический порошок и соединения галогена. Введение металлического порошка в клейкие слои позволяет убедить потребителя такой упаковки, что она выполнена именно из многослойного полимера.
Наличие соединительных клеевых (адгезионных) слоев, как мы говорили выше, значительно удорожает изделие и его технологию. Кроме того, наличие в адгезионном слое металлического порошка или соединений галогена значительно сужает область использования такой упаковки, т.к. ее невозможно использовать в микроволновых печах.
Известен многослойный контейнер, описанный в патенте РФ N 2240268 [2].
Многослойный контейнер для выдачи продукции включает в себя относительно жесткий наружный пластмассовый корпус и относительно гибкую внутреннюю пластмассовую облицовку для удержания продукта, подлежащего выдаче. Относительно гибкая внутренняя облицовка, в которую помещается продукт, включает в себя наружный отслаиваемый слой, смежный с внутренним слоем корпуса и состоящий из барьерного слоя на основе нейлона, нейлоновых смесей или EVOH, и внутренний слой из полиэтилена, такого как LLDPE, и связующего материала, соединяющего внутренний и наружный слой облицовки. Наружный слой облицовки из нейлона, нейлоновых смесей или EVOH обеспечивает повышенные защитные свойства относительно миграции воды, газов, пахучих веществ (барьерный слой). Внутренний слой облицовки из LLDPE обеспечивает повышенную гибкость и отсутствие трещин, а также защитные свойства относительно влаги. Жесткий наружный корпус имеет выпускное отверстие, ограниченное горлышком контейнера на одном конце корпуса, и воздухоприемное отверстие на противоположном конце корпуса. Внутренняя облицовка соединена с выпускным отверстием в горлышке корпуса контейнера, а в остальном является закрытой для проникновения воздуха. Воздухоприемное отверстие на противоположном конце корпуса представляет собой прорезь, которая проходит диаметрально поперек нижнего конца или дна корпуса. Если к горлышку контейнера присоединен насос или разбрызгиватель, то продукт, находящийся внутри облицовки, может выдаваться под действием насоса или разбрызгивателя. По мере расхода продукта отрицательное
давление внутри облицовки приводит к отделению ее от корпуса контейнера, т.к. атмосферный воздух входит через воздухоприемное отверстие, облицовка складывается по мере выхода содержимого продукта, а корпус сохраняет свою первоначальную конфигурацию благодаря присущей ему жесткости, а также отделению внутренней облицовки от внутренней поверхности корпуса.
В данном устройстве внутренняя пластмассовая облицовка (она представляет собой многослойную упаковку), в которую непосредственно помещается продукт, выполнена из многослойного полимерного материала. Внешний слой, контактирующий с продуктом (материал класса EVOH), обеспечивает заграждение от потери продукта, миграции газов и потерь пахучих веществ продукта (барьерный слой). Внутренний слой облицовки контейнера обеспечивает гибкость и предотвращает образование трещин и микроотверстий при складывании внутренней облицовки.
Однако эти слои облицовки соединены между собой связующим материалом, т.е. склеены. Таким образом, в данной многослойной облицовке, контактирующей непосредственно с продуктом, также присутствует адгезионный слой, о недостатках которого мы говорили выше.
Наиболее близкой по технической сущности и конструктивной форме является многослойная полимерная упаковка, описанная в патенте WO 9854056 [3]: "Герметичная упаковка".
Как следует из описания патента, упаковка состоит из двух контейнеров: основной контейнер и герметичный контейнер, служащий для герметизации основного контейнера. Основной контейнер заполняется продуктом, пищей, затем он закрывается выпуклой крышкой и герметизируется герметезирующим контейнером.
Основной контейнер - это многослойная полимерная упаковка, предназначенная для упаковки и хранения пищи. Он отформован из многослойного полимерного листа, включающего в себя: слой полипропилена, слой сополимера этилена с виниловым спиртом (барьерный слой) и слой ламинированного полипропилена. Основной контейнер имеет прямоугольный корпус с фланцем и крышку. Крышка, выполненная из нескольких слоев полимера, имеет фланец и выпуклую часть. Верхний слой крышки выполнен из поликарбоната, а внутренний слой - из смолы, способной к сварке нагревом с корпусом упаковки. Герметичность всей упаковки достигается сваркой нагревом крышки основного контейнера и корпуса контейнера с помощью герметизирующего контейнера. Причем фланцы корпуса и крышки легко открываются при приложении нагрузки. Крышка снабжена элементами, обеспечивающими штабелирование. Дно корпуса выполнено вогнутым для обеспечения штабелирования. Барьерный слой этого многослойного
материала непроницаем для газов и расположен снаружи либо между другими термопластичными слоями полимеров, определяемыми авторами как наружный и внутренний слои, которые непроницаемы для воды. Они разные по составу, но оба они позволяют производить термоприваривание крышки к фланцевой части основного контейнера. Состав барьерного слоя защищает продукт от кислорода и газов.
Таким образом, мы видим, что в состав корпуса и крышки основного контейнера (многослойной полимерной упаковки), в который помещается пища и который отформован из многослойного листа, входит слой ламинированного полипропилена.
Из научной литературы известно, что «ламинирование» - это есть операция, позволяющая получить лист композита, состоящего из двух или более слоев гибких материалов, соединенных между собой с помощью клеевого состава" [4].
Следовательно, в данной многослойной упаковке также присутствуют клеевые (адгезионные) слои, которые соединяют промежуточные слои термопластичного многослойного полимерного материала, что относится к недостаткам данной конструкции, а именно: ламинированный слой делает изделие более дорогим, более тяжелым и более сложным в исполнении. Наличие клеевого состава (ламинирование), склеивающего внешние слои и барьерный слой, трудно проверить без применения специальных методик. А значит не всегда с уверенностью можно судить о качестве полимерной упаковки, т.е. ее многослойности.
Недостатком данной многослойной полимерной упаковки является также и то, что такая упаковка с выпуклой крышкой, которая приваривается после заполнения контейнера, не обеспечивает оптимального заполнения всего объема упаковки продуктами, хранящимися в жидкой среде: т.е. заполнение возможно только до фланцев корпуса. Это приводит к недостаточной сохранности продукта, т.к. над продуктом остается воздушное пространство под крышкой, в котором содержится кислород, и сроки хранения продукта сокращаются, при этом часть продукта может оставаться не закрытой жидкостью. Это не может обеспечить длительные сроки хранения продукта.
Задачей данной полезной модели является создание такой упаковки, которая обеспечивает возможность качественно упаковывать пищевые продукты, в состав которых входят жидкости, их более длительное хранение за счет исключения воздействия на продукт как кислорода воздуха, так и ультрафиолетового излучения, а также обеспечивать возможность стерилизации или пастеризации продукта в упаковке. Другой задачей является удешевление производства упаковки и возможность контролировать ее многослойность, отличать многослойную упаковку от однослойных, похожих по внешнему виду изделий, без применения специальных методик.
Поставленная задача достигается тем, что в известной полимерной упаковке, содержащей корпус с фланцем по верхней его части и крышку, причем корпус и крышка выполнены из нескольких слоев полимера, включающего в себя слои термопластичного полимера, устойчивого к воде, барьерный слой, непроницаемый для кислорода, а крышка снабжена элементами, обеспечивающими штабелирование, новым является то, что крышка выполнена плоской и имеет по контуру элемент защемления, либо крышка выполнена в виде пленки, привариваемой к фланцу корпуса, фланец корпуса имеет загнутую вниз часть, обеспечивающую защемление краев крышки на фланце корпуса. Крышка и корпус состоят из трех слоев термопластичного полимера, причем наружный и внутренний слои выполнены из термопластичного полимера непроницаемого для воды, а барьерный слой расположен между ними, причем толщина промежуточного барьерного слоя находится в пределах 0,1-20% от толщины стенок корпуса. Торец фланца корпуса выполнен однослойным и состоит из термопластичного полимера, непроницаемого для воды. Дно корпуса снабжено концентрическими канавками, а по срезу материала корпуса или крышки можно визуально определить многослойность полимерной упаковки.
Многослойная полимерная упаковка отличается также тем, что любой полимерный слой дополнительно содержит УФ абсорбер.
Заявляемая совокупность конструктивных признаков позволяет создать упаковку с более высокими качественными характеристиками, исключить влияние кислорода воздуха и УФ-излучения на продукт, дает возможность дополнительно пастеризовать и стерилизовать продукт в упаковке, т.к. дно выполнено с концентрическими канавками. Все это в совокупности улучшает качество и сроки хранения продукта в упаковке. Потребитель может всегда отличать такую упаковку от поддельной упаковки.
Из научно-технической и патентной литературы такая совокупность признаков не обнаружена.
На фиг.1 представлен общий вид заявляемой многослойной полимерной упаковки, где: а - корпус из многослойного термопластичного полимера; б - крышка из многослойного термопластичного полимера.
На фиг.2 представлены различные виды корпуса упаковки.
В соответствии с фиг.1 упаковка содержит: 1 - фланец корпуса, 2 - наружный слой из термопластичного полимера, непроницаемого для воды; 3 - внутренний слой из термопластичного полимера непроницаемого для воды: например, полипропилена или полиэтилена; 4 - промежуточный барьерный слой, состоящий из пластмассы, непроницаемой для кислорода; 5 - загнутую вниз часть (торец) фланца корпуса, состоящую только из термопластичного полимера наружных слоев, не пропускающих
воду, 6 - концентрические канавки на вогнутом дне корпуса; 7 и 8 - элементы штабелирования на крышке; 9 - элемент защемления крышки на корпус; 10 - ножки на дне корпуса.
Производится заявляемая многослойная полимерная упаковка методом литья под давлением. Опытным путем было установлено, что толщина барьерного слоя должна находиться в пределах 0,1-20% от толщины стенки упаковки. При соблюдении этого условия при изготовлении изделия промежуточный материал (барьерный слой) тянется за материалом наружного и внутреннего слоев, не смешиваясь с ними. Эти крайние слои "тащат" за собой барьерный слой. При этом из-за разницы реологических характеристик материалов формируется волнообразная структура, создающая мелкие зацепы, которые при остывании пластической массы хорошо скреплены без дополнительного склеивающего слоя. При этих соотношениях слоев можно контролировать многослойность полимерной упаковки, так как на срезе видны все слои. Барьерный слой не должен выходить наружу и должен быть закрыт на фланце корпуса материалом внутреннего (внешнего) слоя, что защищает барьерный слой от воздействия влаги.
В корпус «а» упаковки закладывается продукт до фланца 1 корпуса. Крышка «б» закрывает корпус. Крышка выполнена плоской, и поэтому при заполнении продуктом жидкость доходит до фланцев корпуса. Между плоской крышкой и продуктом, помещенным в упаковку, нет воздушной прослойки. Это улучшает качество хранения продукта. Крышка может быть выполнена из пленки и приварена к фланцу, т.к. наружные слои и крышки и корпуса выполнены из термопластичного материала. Наружный слой 2 корпуса упаковки и крышки и внутренний слой 3 корпуса упаковки и крышки не пропускают воду, а промежуточный (барьерный) слой 4 предохраняет продукт от проникновения воздуха внутрь упаковки через поры полимерного материала. В качестве барьерного слоя могут быть использованы, например, следующие материалы - сополимер этилена с виниловым спиртом, полиамид, сополимеры полиамида, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, поликарбонат и т.д. В качестве УФ-абсорберов могут быть использованы УФ абсорберы марок "Тинувин" и "Химосорб", а так же их аналоги. УФ-абсорберы могут содержаться в любом полимерном слое для защиты от УФ излучения. Крышка «б» надевается на торец 5 фланца 1 корпуса «а». Загнутая вниз часть фланца (торец) 5 входит в зацепление с элементом защемления 9 на крышке «б» и происходит защелкивание крышки на корпусе. Заполненный контейнер может быть загерметизирован также с помощью многослойной пленки, которая приваривается к фланцу корпуса. Затем можно дополнительно надеть крышку «б». На крышку «б» наклеивают любую этикетку. Крышка «б» имеет по внутреннему контуру элементы для штабелирования 7 и 8. Ножки
10 на дне корпуса предназначены для улучшения устойчивости и надежного штабелирования. Расположение элементов штабелирования 7 должно соответствовать расположению ножек, а 8 - элементу защемления крышки на корпусе. Дно корпуса также может быть различной формы: плоское, с поднутрением, вогнутое, выпуклое, на ребре. Дно корпуса снабжено концентрическими канавками 6. Это дает возможность компенсации изменения объема при повышении и снижении температуры продукта в упаковке в момент стерилизации или пастеризации. Корпус контейнера может иметь любую форму: квадратную, круглую и т.д. (фиг.2.)
Заявляемая многослойная полимерная упаковка обладает рядом преимуществ, которые обусловлены конструктивными отличиями, по сравнению с известными рассматриваемыми аналогами.
Отсутствие склеивающего слоя в заявляемой упаковке, т.е. без использования адгезионного слоя не ухудшает характеристик контейнера, т.к. в такой конструкции слои хорошо сцеплены за счет подбора толщины слоев. Отсутствие адгезионного слоя позволит определить визуально многослойную структуру стенок контейнера или крышки. При приложении определенной нагрузки (надавливание, или удар) на срез стенки корпуса все слои упаковки хорошо видны невооруженным глазом. Это упрощает проверку многослойности материала упаковки. Отсутствие адгезионного слоя облегчает изделие, удешевляет его производство. Плоская форма крышки и введение УФ-абсорберов в любой слой корпуса и крышки увеличивает срок хранения продукта. Выполнение дна корпуса с концентрическими канавками обеспечивает возможность стерилизации и пастеризации продукта в закрытой таре, что также увеличивает срок хранения продукта.
Литература
1. Патент Японии №3277670
2. Патент РФ №2240268
3. Патент WO №9854056 - прототип.
4. Ханлон Дж., Келси Р., Форсинио X. "Упаковка и тара: проектирование, технологии, применение." Издательство «Профессия», 2004 г., стр.114