УПАКОВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ, АБСОРБИРУЮЩИЙ КИСЛОРОД
PACKING MATERIAL, ABSORBING OXYGEN

Настоящее изобретение, в общем, относится к композициям, абсорбирующим кислород и, в особенности, к композициям, абсорбирующим кислород по настоящему изобретению.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ПО ИЗОБРЕТЕНИЮ
Многие продукты при контакте с кислородом подвержены разложению, денатурации, росту плесени, порче, прогорканию, окислению или иной порче. Примеры таких продуктов включают пиво, вино, сок, уксус, соусы, заправки, приготовленную пищу, хлеб, овощи, мясные продукты и среди прочих определенные фармацевтические препараты и химические вещества. Сохранение таких продуктов в случаях, когда присутствуют плесневые грибы, бактерии и другие организмы, которые активно растут в присутствии кислорода, затруднено. Эти организмы вызывают разложение и изменение вкуса или качества продукта. Дополнительно, некоторые из продуктов сами имеют тенденцию подвергаться окислению, что изменяет вкус или качество продукта. Для предотвращения такого окисления и роста организмов и, таким образом, увеличения стабильности при хранении этих продуктов, следует удалять кислород из контейнера, в котором хранят продукты.
Один из технологических способов для того, чтобы избежать или уменьшить содержание кислорода, представляет собой использование вакуумной упаковки. Этот технологический способ включает вакуумирование контейнера после загрузки в него продукта. Другой технологический способ представляет собой заполнение или замещение газом. В этом случае используют инертный газ, такой как азот, для замещения воздуха и, таким образом, кислорода в контейнерах. Замещение можно проводить перед или после того, как продукт загружают в контейнер.
Стандартные недостатки, связанные с описанными выше технологическими способами, включают необходимость крупномасштабного процесса и сложности удаления кислорода, растворенного в продукте. Также, в общем случае, при указанных технологических способах остается от 0,2% до 5% кислорода в контейнере. Это количество кислорода в контейнере является достаточным для неблагоприятного воздействия на многие продукты.
Более простой, более эффективный способ удаления кислорода включает помещение в контейнер с продуктом абсорбента кислорода. В этих целях используют осаждение абсорбента кислорода на смолу, которая представляет собой твердое вещество, при комнатной температуре. Например, в патенте США № 5143763 описаны композиции, включающие абсорбент, осажденный на смолу, такую как полиэтилен, полипропилен и, среди прочих, этиленвинилацетатный сополимер. В патенте США № 5089323 описаны композиции, включающие абсорбент кислорода, содержащиеся в термопластичных смолах, таких как разветвленный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, гомополимеры пропилена и, среди прочих, этиленовый и винилацетатный сополимеры.
В способе нанесения раствора путем трафаретной печати, однако, имеются некоторые ограничения. Для того чтобы отпечатать раствор, трафарет должен быть прижат к подложке, на которой должен быть отпечатан раствор. Когда трафарет поднимают для перемещения к другому месту нанесения на подложку, поверхностное трение и вязкость раствора таковы, что не происходит четкого, полного разделения раствора, который был нанесен на подложку, и раствора, оставшегося на или перед трафаретом. Это приводит к низкому качеству отпечатков, что тяжело контролировать.
Другой недостаток указанных способов состоит в том, что часто требуется отдельное устройство, такое как саше или контейнер, которое должно быть помещено, например, в пищевой или фармацевтический продукт. Среди прочих, это приводит к необходимости, состоящей в том, что потребитель при открытии упаковки сталкивается с таким устройством. Дополнительно, многие подобные саше или контейнеры имеют маркировку «не для еды», что может быть истолковано потребителем, как нежелательное для смешивания с едой, фармацевтическими препаратами или другими потребляемыми продуктами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает в себя упаковочный материал, абсорбирующий кислород, включающий слой основы, абсорбирующую кислород композицию, осажденную на по крайней мере одной стороне слоя основы, пленочный слой, нанесенный на абсорбирующий кислород слой и отпечатанные буквы для обозначения информации относительно продукта, который должен находиться в упаковочном материале. Абсорбирующая кислород композиция включает абсорбент кислорода, содержащийся в эмульсии. Отпечатывание происходит или на одной или на обеих сторонах слоя основы и пленочного слоя. Абсорбирующая кислород композиция может находиться на одной или на обеих сторонах слоя основы до тех пор, пока она покрыта пленочным слоем.
Следует понимать, что последующее общее описание и последующее подробное описание представляют собой примеры исполнения изобретения и не подразумеваются как исчерпывающие или ограничивающие.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение проще понять из последующего детального описания при рассмотрении в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид сверху на пример варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении примера варианта осуществления Фиг.1;
Фиг.3 представляет собой крупный план вида поперечного сечения отмеченного кружком на Фиг.2;
Фиг.4 представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения, включающий поглощающую кислород карту с нанесенным на нее текстом;
Фиг.5А представляет собой вид сверху купона по настоящему изобретению;
Фиг 5В представляет собой вид сбоку купона с Фиг.5А; и
Фиг.6 представляет собой поперечное сечение варианта осуществления настоящего изобретения с одновременной перфорацией на тонком пленочном слое и на подложке.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает комбинацию упаковочного материала, на котором может находиться текст или реклама, и абсорбирующую кислород композицию, за счет чего потребитель не осознает присутствие абсорбирующей кислород композиции. Поглотители кислорода (или «реагенты») диспергированы в многокомпонентных носителях, таких как эмульсии, дисперсии или суспензии, или другие смеси. В результате диспергирования поглотителя кислорода, в подобной многокомпонентной системе, полученная композиция может быть легко нанесена на приемлемую подложку и покрыта пленкой, проницаемой для кислорода. На подложке или пленке, одной или той и другой, находится текст, такой как инструкции для использования находящегося в ней продукта, или другой текст, такой как рекламная информация, что, таким образом, сочетает свойства абсорбции кислорода и функционального упаковочного материала. Но только текст на упаковочном материале доступен взгляду потребителя, который не может увидеть абсорбирующей композиции, поскольку она составляет часть упаковочного материала и скрыта в нем.
На Фиг.1 показан предпочтительный вариант осуществления, где упаковочный лоток 100 сконструирован в соответствии с настоящим изобретением. Пицца 150 изображена приподнятой из лотка, для того, чтобы были видны инструкции 160 по приготовлению, которые были отпечатаны на поверхности верхнего слоя лотка 100. Лоток 100 представляет собой многослойный упаковочный материал, который состоит из слоя подложки и поглотителя кислорода, покрытого тонким, проницаемым для кислорода слоем. На тонком проницаемом для кислорода слое находится отпечатанная на нем информация, для того чтобы обеспечить потребителя инструкциями по приготовлению пиццы. Нет необходимости в дополнительной абсорбирующей кислород упаковке или материале внутри упаковки, и, таким образом, нет дополнительной упаковки или видимого абсорбирующего кислород пакета, свободно располагающегося внутри пищевой или фармацевтической упаковки. Действительно, потребитель не всегда даже подозревает, что поглотитель кислорода присутствует внутри упаковки. На Фиг.2 показано поперечное сечение упаковочного лотка 100, и на Фиг.3 показан крупный план участка поперечного сечения части упаковочного лотка 100, отмеченного пунктирной линией 200 на Фиг.2.
Как лучше видно на Фиг.2, три слоя лотка 100 состоят из основы 310 (предпочтительно бумажной), поглотителя 320 кислорода, и тонкого пленочного покрывающего слоя 330, который является проницаемым для кислорода. Каждый из указанных слоев описан более подробно ниже.
В варианте осуществления изобретения, описанного выше, основа, на которую наносят абсорбирующую кислород композицию, соответственно представляет собой твердую бумагу, которая может служить в качестве поддерживающей конструкции в упаковке для пищевого продукта, такого как замороженная пицца или выпеченное изделие. Таким образом, потребитель получает продукт, размещенный, как кажется, на едином листе поддерживающей бумаги. Отсутствует абсорбирующий кислород пакет или иное устройство. На упаковке имеется отпечатанный текст, который может включать купон на следующую покупку, инструкции по разогреванию или приготовлению или просто рекламные материалы о сходных или других продуктах или услугах. Текст может также располагаться на стороне основы, противоположной стороне, на которую нанесены поглотитель кислорода и тонкая пленка. Таким образом, текст может наноситься как на слой тонкой пленки, как показано на фиг.1, так и на обратную сторону бумажной основы (не показано) для обеспечения дополнительной рекламы на упаковке продукта.
В другом варианте осуществления изобретения, упаковочный материал может быть использован по двойному назначению - вещества, как поглотителя кислорода, и как купона. В случае использования материала в качестве купона, или может быть использован отрывающийся купон, разработанный как часть общей упаковки, или может применяться свободно расположенный внутри большей упаковки купон. В первом случае можно обеспечить перфорацию или линию отреза, для того чтобы облегчить потребителю отрывание купона от остальной упаковки. На Фиг.4 показан последний вариант осуществления, в котором свободный абсорбирующий кислород купон 400 включен в упаковку с Фиг.1. Конечно, если абсорбирующий кислород купон 400 является достаточно большим и, таким образом, обладает по крайней мере минимальной абсорбирующей кислород поверхностью, сам лоток может представлять собой любой из многочисленных неабсорбирующих кислород лотков по предшествующему уровню техники. В то же время, предпочтительно, изобретение обеспечивает тройную функцию - поддерживающую конструкцию, текст и поглотитель кислорода, скомбинированные в упаковочном материале, который по мнению потребителя обладает только двойной функцией поддержки с отпечатанной на ней информацией.
Упаковочный материал по настоящему изобретению с выгодой использует эмульсии, которые могут быть легко нанесены непосредственным отпечатыванием на подложке. Абсорбирующие кислород композиции по настоящему изобретению, благодаря поглотителю кислорода, содержащемуся в эмульсии, способны содержать большее количество поглотителя кислорода и имеют лучшую проницаемость для кислорода, по сравнению с известными составами, содержащими твердые вещества или растворы, содержащие реагенты. Дополнительно использование эмульсий позволяет включать в композицию другие компоненты, такие как гидрогели, которые позволяют использовать композиции при условиях низкой влажности.
Эмульсии, используемые в настоящем изобретении, обладают вязкостью и общим содержанием твердых веществ, достаточными для удержания реагентов в стабильной эмульсии, а также поверхностным натяжением и вязкостью, которые изменяются при перемешивании или нагнетании тиксотропным или псевдопластическим образом. Указанные свойства делают эмульсию пригодной для печати при использовании, например, ротационной трафаретной печати, реверсивного валика или принтера глубокой печати.
Дополнительно, эмульсии, используемые в настоящем изобретении, являются химически, биохимически и физически совместимыми с реагентами, материалами подложки (на которые наносят композиции) и продуктами, которые защищают от присутствия кислорода. Совместимость с реагентами означает, что эмульсия не реагирует ни с одним из реагентов, ни ингибирует реакцию реагентов с кислородом. Совместимость с материалом подложки требует, чтобы поверхностное натяжение эмульсии было в значительной степени низким, и пленкообразующие свойства были такими, чтобы однородный слой мог быть нанесен и поддерживался до желирования или высыхания. Совместимость с защищаемыми продуктами требует, чтобы эмульсия была пригодна для непосредственного контакта с пищей, фармацевтическими препаратами, медицинскими диагностическими средствами или другими продуктами.
Поглотители кислорода, которые могут содержаться в эмульсии, используемой в настоящем изобретении, включают железо и глюкозоксидазу. Может быть использована соль в качестве электролита для окисления железа. Железо может представлять собой железо, восстановленное водородом, электролитически восстановленное железо или химически восстановленное железо. Хотя железо является предпочтительным в качестве металлического поглощающего кислород агента. Очевидно, что могут быть использованы другие металлы. Такие металлы, в качестве примера и без ограничений, представляют собой алюминий, цинк, титан, магний и олово. Также другие элементы, которые могут быть использованы в простой или частично окисленной форме представляют собой натрий, марганец, йод, серу и фосфор.
Соль электролита может представлять собой хлорид натрия или любую другую подходящую совместимую с пищевыми продуктами соль, включая, но не ограничиваясь перечисленным, сульфат натрия, хлорид калия, хлорид аммония, сульфат аммония, хлорид кальция, фосфат натрия, фосфат кальция и фосфат магния. Для непищевых продуктов могут быть использованы другие непищевые соли. И соль, и железо предпочтительно имеют размер частиц от 48 до 325 меш.
Композиции, абсорбирующие кислород, используемые по настоящему изобретению, предназначены для использования в условиях или низкой влажности, или высокой влажности. Определенные упаковки имеют высокое содержание влаги. В случае таких упаковок, композиции, абсорбирующие кислород, используемые по настоящему изобретению, могут содержать поглотитель влаги, такой как силикогель или цеолит для активации механизма поглощения кислорода и для поглощения влаги из контейнера. Другие упаковки, такие как упаковки для сохранения жареных продуктов (например, картофельных чипсов) имеют чрезвычайно низкое содержание влаги, и композиция, абсорбирующая кислород, может содержать несущий влагу материал, такой как гидрогель, активированный уголь или другие материалы для высвобождения влаги, необходимой для активации механизма поглощения кислорода.
Ниже описаны некоторые эмульсии, приведенные в качестве примера, которые объединяют специфические требования, изложенные выше, и используются для суспендирования поглощающих кислород реагентов. Каждая из указанных эмульсий имеет различные функциональные свойства и несколько отличное предназначаемое применение. Указанные эмульсии представляют собой исключительно примеры эмульсий, которые могут быть использованы в настоящем изобретении для обеспечения функции поддержки, поглотителя кислорода и отпечатанной информации в упаковочном материале, который для потребителя выглядит как предоставляющий только поддержку и отпечатанную информацию.
Во-первых, эмульсионная система альгинатного геля описывается как носитель для реагентов и, необязательно, гидрогеля и других связывающих влагу компонентов.
Во-вторых, описывается эмульсионная система ксантановой смолы. Указанная эмульсия может быть использована для суспендирования реагентов и позволяет использовать спирт в качестве части системы. Спирт используют, поскольку он ускоряет высыхание. В указанном составе также может быть использован гидрогель.
В-третьих, может быть использована эмульсионная система микрокристаллической целлюлозы. Указанная эмульсия может также содержать спирт и воду, или и то, и другое. Система совместима как с гидрогелем, так и с реагентами и, дополнительно, обладает чрезвычайно низким поверхностным натяжением. Низкое поверхностное натяжение делает возможным чистое отделение композиции от подложки для печати от композиции, например, на трафарете ротационного аппарата трафаретной печати в ходе быстрого «отрыва», необходимого при высокоскоростной печати, когда принтер переходит от одной области печати к другой области печати. Дополнительно, микрокристаллическая целлюлоза обладает терможелирующей характеристикой, которая придает стабильность отпечатанной пленке при высыхании. Система может также включать некоторое количество ксантановой смолы для поддержания псевдопластической вязкости и характеристик потока.
Из различных эмульсий состав с микрокристаллической целлюлозой является наиболее приспособленным для поддержания стабильной суспензии всех из различных ингредиентов, таких как железо, гидрогель и соли. Указанный состав является также наиболее малочувствительным к соли по сравнению с другими эмульсиями.
В заключение, описываются три изготовленные в промышленном масштабе адгезивные эмульсии для суспендирования реагентов, абсорбирующих кислород. Указанные адгезивные эмульсии представляют собой эмульсию акрилового полимера в воде, эмульсию поливинилацетата в воде и эмульсию винилацетатэтиленового сополимера в воде.
Эмульсии, которые могут быть использованы в настоящем изобретении теперь будут проиллюстрированы более подробно при помощи следующих примеров. Однако следует понимать, что область настоящего изобретения не ограничена указанными конкретными примерами.
Испытания на поглощение кислорода в последующих примерах проводили в керамических сосудах объемом в пинту, кварту и две кварты. Композиции, описанные в примерах, были отпечатаны на подложку или при помощи ручной печати при использовании сетки для ротационной трафаретной печати, или нанесены при использовании формы глубокой печати №24. Композиции на подложке затем помещали внутрь сосудов, которые затем закатывали, и измеряли содержание кислорода, поглощенное картой. Во всех примерах, за единственным исключением, в сосудах также содержалась вода на фильтровальной бумаге, прикрепленной к стенке сосуда для поставки влаги для реакции. Единственное исключение представлял пример с гидрогелем, который сам поставлял воду, так что не было необходимости в дополнительном источнике воды. В испытаниях, в которых использовали воду на фильтровальной бумаге, отпечатанный или нанесенный материал, абсорбирующий кислород, высушивали при 200°С.
Кислород, который поглощался картами, на которых были различные композиции, определяли анализатором кислорода, доступного от Illinois Instruments, который определял уровень кислорода в каждом сосуде, в то время как карта находилась в сосуде. В том случае, если испытываемый сосуд заполняли диоксидом углерода, измеряли начальное содержание кислорода. Пониженное содержание кислорода, присутствующего в сосуде, считали количеством кислорода, поглощенным картой. Во всех примерах количество поглощенного кислорода было значительным.
ПРИМЕР 1: ЭМУЛЬСИЯ АЛЬГИНАТНОГО ГЕЛЯ
Для получения эмульсии альгинатного геля комбинировали следующие ингредиенты в процентах по массе:
Альгинат натрия (низкой вязкости)
2,25%
Полисорбат 80
1,00%
Пропионат натрия
0,20%
Дистиллированная вода
96,55%
Для получения необходим смеситель высокого сдвига. В настоящем примере использовали смеситель марки Kitchen Aid на пять кварт. Ингредиенты сначала диспергировали в воде, затем смешивали при низкой скорости в течение 15 минут, затем смешивали при высокой скорости в течение 15 минут. Смешивание привело к появлению пены на эмульсии и вовлечению воздуха в эмульсию. После смешивания потребовалось несколько часов (в течение ночи в настоящем примере) для разрушения пены и для выхода вовлеченного воздуха.
Одну часть альгинатной эмульсии, описанной выше, затем объединяли с одной частью 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего два процента по массе хлорида натрия, для получения композиции, абсорбирующей кислород. Состав отпечатывали на подложку для получения карты. Отпечатанную композицию, абсорбирующую кислород, сушили нагреванием, но оставляли достаточное количество влаги на нанесенном слое, так чтобы не было необходимости в дополнительном источнике влаги. Карты затем помещали в керамические сосуды и скорость поглощения ими кислорода измеряли следующим образом (варьирования между тремя испытаниями, имеющими равные по массе отпечатанные нанесения, представляли собой нормальное варьирование при испытаниях):
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Масса нанесенного отпечатка на кв. дюйм
1,50 г
1,50 г
1,50 г
16 час
13 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
14 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
20 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
24 час
16 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
14 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
22 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
47 час
26 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
22 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
34 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
135 час
54 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
41 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
62 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
В эмульсиях настоящего примера использовали альгинат натрия (вместо пропиленгликоль альгината), поскольку он растворим и стабилен при от нейтрального до незначительно щелочного рН. Использовали вариант с низкой вязкостью, поскольку он делает возможным получать более высокую концентрацию альгината в эмульсии без избыточно высокой вязкости. Продукт, используемый в настоящем примере, имел торговое название Keltrol KNLV, доступный от Merck & Co., Inc. Несмотря на то, что в описанном примере содержалось 2,25 процентов по массе альгината натрия, процент по массе альгината натрия может быть в диапазоне от 0,2% до 10%, с предпочтительным диапазоном от 0,1% до 3,5%.
В настоящем примере в эмульсиях в качестве поверхностно-активного вещества использовали полисорбат 80 для уменьшения поверхностного натяжения. Без поверхностно-активного вещества эмульсия не наносится четко или остается в виде тонкой пленки. Поскольку среда была водной, была необходимость в гидрофильном поверхностно-активном веществе. Полисорбат 80 с гидрофильно-липофильным балансом 14-45 представляет собой наиболее гидрофильное доступное поверхностно-активное вещество пищевого применения. Продукт, использованный в настоящем примере, имеет торговое наименование Durfax 80 от Van den Berg Foods. Несмотря на то, что в описанном примере содержалось 1,0 процента по массе полисорбата 80, процент по массе полисорбата 80 может быть в диапазоне от 0,1% до 10%, с предпочтительным диапазоном от 0,5% до 1,5%.
В настоящей эмульсии в качестве консерванта использовали пропионат натрия, поскольку в альгинате остаются некоторые метаболизуемые углеводороды. Поскольку фактически не присутствует простых сахаров, дрожжи и бактерии не являются основными классами повреждающих организмов. Необходима защита от плесневых грибов и грибов, которые могут разрушать сложные углеводороды. Многие из возможных кандидатов, такие как сорбаты и бензоатные производные, или имеют ограниченную растворимость при нейтральном рН, или минимально эффективны в форме солей. Используемый в настоящем примере пропионат натрия представляет собой эффективный консервант.
В настоящем примере использовали соотношение железа к альгинатному гелю 1:1. Его можно увеличивать до соотношения 2:1. Предпочтительный диапазон процентов по массе железа в альгинатной суспензии составляет от 50% до 60%, но приемлемо может быть в диапазоне от 30% до 80%. Железо может содержать по массе от 0,1 до 5% хлорида натрия с предпочтительным диапазоном от 1,5% до 2,5%.
Для смешивания ингредиентов эмульсии в воде может использоваться планетарный смеситель с проволочной взбивалкой; в начале медленно добавляют гранулы альгинатного геля в воду, так, что каждая гранула смачивается отдельно, чтобы избежать агрегации. После того, как это сделано, можно добавлять полисорбат 80. Пропионат можно, необязательно, добавлять перед смолой, так, чтобы он легко растворялся.
В альтернативном варианте осуществления, гидрогель можно вмешивать в эмульсию при содержании вплоть до 40 процентов по массе, когда она готова для печати или покрытия. Предпочтительный диапазон процентов по массе гидрогеля составляет от 8% до 18%. Количество гидрогеля, добавляемого в эмульсию, зависит от количества железа в эмульсии. Чем меньше железа, тем больше гидрогеля можно добавлять.
2
Можно добавлять два процента по массе тонко измельченного CaCl для печати дисперсии, для того чтобы вызвать желирование альгината. Предполагается, что любое соединение, содержащее кальций также будет вызывать желирование.
2
2
В качестве альтернативного способа нанесения, эмульсию можно вначале отпечатать или нанести в качестве покрытия на подложку, и затем на нее могут быть нанесены соединения, абсорбирующие кислород. После нанесения покрытия или отпечатывания любым способом, если необходимо, на эмульсию может быть осажден ион двухвалентного металла, такой как тонко измельченный порошок CaCl, для того чтобы вызвать желирование альгината. Для этих целей в качестве удовлетворительной альтернативы может служить Ca(OH).
Эмульсия в настоящем примере готова для использования, после того как образованная при смешивании пена разрушается и выходит вовлеченный воздух. Эмульсия остается стабильной в течение нескольких недель при комнатной температуре, хотя с течением времени железо может вступать в реакцию с водой в эмульсии. Увеличение рН эмульсии может помочь предотвратить реакцию (это применимо для всех указанных здесь композиций).
ПРИМЕР 2: ЭМУЛЬСИЯ КСАНТАНОВОЙ СМОЛЫ
Для получения эмульсии ксантановой смолы комбинировали следующие ингредиенты в процентах по массе.
Ксантановая смола
2,0%
Изопропиловый спирт
43,0%
Водопроводная вода
55,0%
Ксантановая смола доступна в единственной степени чистоты от Merck под торговым названием Keltrol KT. Ксантановая смола может присутствовать в эмульсии в количестве от 0,1 до 5,0 процентов по массе, с предпочтительным диапазоном от 0,5% до 1,5%. Используемый технологический способ диспергирования был сходным с технологическим способом, использованным для альгинатной эмульсии, поскольку необходимо аккуратное добавление к воде для предотвращения агрегации.
Компоненты смешивали в планетарном смесителе. Ксантановую смолу одну медленно добавляли к воде. Добавление занимало от 5 до 10 минут в смесителе при средней-низкой скорости перемешивания. В результате получена очень тяжелая суспензия смолы. Сразу после получения однородной дисперсии очень медленно добавляли спирт. Как только это было сделано, суспензия разжижалась до текучей прозрачной суспензии геля (которая после этого была стабильна в течение нескольких месяцев). Изопропиловый спирт и воду можно использовать в любых соотношениях.
Одну часть эмульсии ксантановой смолы затем объединяли с одной частью 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего один процент по массе хлорида натрия. Состав отпечатывали на подложку при различных количествах для получения карт. Отпечатанную композицию, абсорбирующую кислород, сушили нагреванием, но оставляли достаточное количество влаги на нанесенном слое, так чтобы не было необходимости в дополнительном источнике влаги. Карты затем помешали в керамические сосуды и скорость поглощения ими кислорода измеряли следующим образом:
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Масса нанесенного отпечатка на кв. дюйм
2,64 г
3,94 г
3,05 г
16 час
45 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
150 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
58 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
24 час
57 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
151 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
76 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
48 час
76 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
206 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
120 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
137 час
100 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
222 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
148 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
В эмульсиях ксантановой смолы может содержаться больше железа без осаждения, чем в эмульсиях альгината натрия, из-за более высокой вязкости эмульсии ксантановой смолы. Возможны композиции железа в процентах по массе в диапазоне от 15% до 80%, с предпочтительным диапазоном от 50% до 70%. Железо может содержать от 0,1% до 5% хлорида натрия по массе с предпочтительным диапазоном от 0,5% до 1,2%.
Эмульсия ксантановой смолы пригодна, поскольку возможно стабилизировать реакционные компоненты, абсорбирующие кислород, в эмульсии при использовании, как спирта, так и воды. В настоящем составе не было необходимости в добавлении как поверхностно-активного вещества, так и консерванта, хотя от одного до двух процентов по массе полисорбата 80 может улучшить способность к отпечатыванию. Иными словами, спирт служит в качестве, как консерванта, так и поверхностно-активного вещества. Эмульсия может быть приготовлена без спирта, однако в таком случае необходимо использовать поверхностно-активное вещество и консервант, которые будут выполнять ту же функцию, как в альгинатной эмульсии, описанной выше. В качестве поверхностно-активного вещества и консерванта могут использоваться полисорбат 80 и Na-пропионат, соответственно.
Когда эмульсия ксантановой смолы готова для напечатывания или нанесения покрытия, к ней также может добавляться вплоть до 40 процентов по массе гидрогеля. Испытания при нанесении при использовании настольного трафарета показали, что возможно с равным успехом наносить вплоть до 60 процентов по массе 200 меш железа, суспендированного в эмульсии. Эмульсия, содержащая гидрогель, стабильна в течение нескольких часов, тогда как эмульсия, содержащая 60% железа, стабильна в течение примерно часа перед тем как железо начинает осаждаться.
Поскольку ксантановая смола, в общем, не является устойчивой по отношению солей, эмульсию ксантановой смолы следует делать с меньшим количеством соли, если только не используют более устойчивую по отношению к солям ксантанову смолу.
ПРИМЕР 3: ЭМУЛЬСИЯ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Микрокристаллическую эмульсию получали при использовании следующих процентов по массе:
Микрокристаллическая целлюлоза
1,8%
Ксантановая смола
0,2%
Этанол (95%)
44,0%
Вода (дистиллированная)
54,0%
Использованная микрокристаллическая целлюлоза имела торговое название Avicel RC-591. Для диспергирования компонентов использовали планетарный смеситель с проволочной взбивалкой. Сначала комбинировали воду и спирт. Затем микрокристаллическую целлюлозу полностью смачивали при аккуратном добавлении в смесь вода/спирт. Затем добавляли ксантановую смолу для увеличения вязкости. Гидратация смеси занимала несколько часов. После того как начальная смесь была получена и перемешивалась в течение примерно 15 минут, смесь перемешивали в течение 2-3 минут через каждые 15 минут в течение последующих двух часов. Эта смесь затем была стабильна в течение нескольких недель.
Две части целлюлозной эмульсии объединяли с 3,5 частями 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего один процент по массе хлорида натрия и три процента по массе диацетата натрия. Диацетат натрия добавляли к составу, поскольку железо более предпочтительно удаляет кислород из диоксида углерода, чем элементарный кислород в атмосфере кислорода и диокида углерода без диацетата натрия. В присутствии диацетата натрия железо вступает в реакцию с кислородом, а не с диоксидом углерода. Вместо диацетата натрия могут быть использованы другие ацетаты и соли кислот, известные в данной области техники.
Затем состав отпечатывали на подложку при различных количествах для получения карт. Карты затем помещали в керамические сосуды, которые были заполнены диоксидом углерода для понижения содержания кислорода и моделирования контейнера, заполненного газом, и скорость поглощения ими кислорода измеряли следующим образом:
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Масса нанесенного отпечатка на кв. дюйм
1, 80 г
1,29 г
1,12 г
17 час
19 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
9,9 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
13 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
25 час
20 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
12 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
14 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
49 час
35 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
25 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
30 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
137 час
137 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
82 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
64 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
Затем две части целлюлозной эмульсии, описанной выше, объединяли с одной частью 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего два процента по массе хлорида натрия и 0,6 частей гидрогеля. Состав отпечатывали на подложку при различных количествах для получения карт. Карты затем помещали в керамические сосуды и скорость поглощения ими кислорода измеряли следующим образом:
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Масса нанесенного отпечатка на кв. дюйм
3,53 г
3,39 г
3,60 г
18 час
46 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
51 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
48 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
39 час
111 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
91 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
100 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
47 час
121 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
96 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
120 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
75 час
134 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
122 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
130 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
160 час
135 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
125 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
130 см<sup>3</sup> О<sub>2</sub>
Одну часть целлюлозной эмульсии, описанной выше, затем объединяли с одной частью 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего два процента по массе хлорида натрия. Состав отпечатывали на подложку при различных количествах для получения карт. Карты затем помещали в керамические сосуды и скорость поглощения ими кислорода измеряли следующим образом:
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Масса нанесенного отпечатка на кв. дюйм
3,01 г
2,46 г
2,29 г
23 час
47 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
87 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
96 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
44 час
74 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
173 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
195 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
52 час
83 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
200 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
214 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
75 час
118 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
271 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
275 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
159 час
126 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
345 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
339 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
Преимущество микрокристаллической целлюлозы состоит в том, что она устойчива как к спирту, так и к солям. Поскольку в эмульсии используют спирт, также нет необходимости в использовании поверхностно-активного вещества или консерванта. Спирт служит в обеих целях.
Выбор спирта, используемого в эмульсиях, ограничивается исключительно требованием контакта всего состава с пищей. Большая часть спирта теряется при сушке, однако остается некоторое количество спирта, которое может переноситься к защищаемому продукту. В случае некоторых продуктов это может мешать использованию спирта в качестве растворителя. В подобных случаях будет возникать необходимость в добавлении поверхностно-активных веществ и консервантов. Будут приемлемыми поверхностно-активные вещества и консерванты, используемые в случае альгинатного состава. Для такой эмульсии будет необходимо более длительное высушивание.
Эмульсия микрокристаллической целлюлозы позволяет получать в особенности стабильную суспензию гидрогеля или железа. Содержание гидрогеля в эмульсии 40% по массе будет оставаться в суспензии почти бесконечно. Эмульсия с 60% по массе железа будет оставаться суспендированной в течение нескольких дней. Дополнительно, вязкость и поверхностное натяжение микрокристаллической целлюлозы являются такими, что нанесение ротационной трафаретной печатью является оптимальным при высоких скоростях.
Диапазон процентов по массе микрокристаллической целлюлозы, который может быть использован, составляет от 0,2% до 7,0%. Предпочтительный диапазон составляет от 0,9% до 2,7%. Диапазон процентов по массе ксантановой смолы составляет от 0,1% до 4,0% с предпочтительным диапазоном от 0,1% до 0,5%. Может использоваться любое соотношение этанола и воды. Диапазон процентов по массе железа, которое можно добавлять к эмульсии микрокристаллической целлюлозы, составляет от 10% до 80% с предпочтительным диапазоном от 40% до 60%. Процент по массе хлорида натрия в железе может составлять от 0,1% до 5,0% с предпочтительным диапазоном от 0,8% до 1,5%. Процент по массе диацетата натрия в железе может составлять от 0,1% до 30% с предпочтительным диапазоном от 2,0% до 5,0%. Гидрогель можно добавлять к микрокристаллической эмульсии в процентах по массе в диапазоне от 1% до 40%, с предпочтительным диапазоном от 8% до 18%.
Отпечатанную композицию, абсорбирующую кислород, сушили нагреванием, но оставляли достаточное количество влаги на нанесенном слое, так чтобы не было необходимости в дополнительном источнике влаги. Если покрытие, абсорбирующее кислород, или отпечаток высушивают досуха, то необходим источник влаги, чтобы инициировать окисление железа, чтобы вызвать абсорбцию кислорода. Влага обычно поставляется пищевым продуктом, с которым упаковывают поглотитель кислорода. В случае сухого пищевого продукта, для поглотителя кислорода необходим собственный источник влаги. Этого можно достичь за счет неполного высушивания покрытия. Также можно добавлять гидрогель к эмульсии перед нанесением покрытия, но даже в этом случае покрытие не следует сушить досуха, чтобы покрытие могло поставлять свою собственную влагу.
В процессе хранения материала, абсорбирующего кислород, может образовываться водород, поскольку в отсутствие кислорода железо будет реагировать с водой, с образованием оксидов железа и водорода. Чтобы предотвратить это, рН покрытия или эмульсии необходимо увеличивать до величины, превышающей 9,0 при использовании основания. Предпочтительными основаниями являются гидроксиды, такие как гидроксид натрия или гидроксид калия. Могут использоваться только совместимые щелочные материалы.
В описанных выше испытаниях с высушенными покрытиями насыщенный водой кусок фильтровальной бумаги размерами два квадратных дюйма помещали в керамический сосуд в качестве источника влаги. Если в покрытии или используемом гидрогеле оставалась вода, воду в фильтровальной бумаге не использовали.
ПРИМЕР 4: ЭМУЛЬСИЯ АКРИЛОВОГО ПОЛИМЕРА
2
Использованная в водной эмульсии акриловая смола представляла собой смолу марки Neocryl A-5117 от Zeneca Resins. Состав, включающий 50 процентов по массе указанной акриловой эмульсии и 50 процентов по массе железной смеси, содержащей 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего 2 процента по массе хлорида натрия, отпечатывали на полипропиленовой подложке размером восемь квадратных дюймов и сушили нагреванием. Вес отпечатка составлял 0,0135 г/дюйм. Карту помещали в керамический сосуд с насыщенным водой фрагментом фильтровальной бумаги размерами два квадратных дюйма. Скорость поглощения кислорода измеряли следующим образом:
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Среднее
48 час
13 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
16 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
15 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
15 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
114 час
13 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
18 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
15 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
15 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
2
2
Затем 2,5 фунта эмульсии марки Neocryl A-5117 объединяли с 6,88 фунтами железа (железо было получено от SCM Corporation под маркировкой SCM A-220) с двумя процентами по массе NaCl и 40 г воды. Этот состав, который имел вязкость 2700 сантипуаз, наносили на полипропиленовую пленку, ориентированную в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при использовании цилиндра глубокой печати №24. Состав покрытия массой 0,0523 г/дюйм (содержащее 86,5 процента по массе железа) наносили до общей массы пленки 0,0725 г/дюйм.
3
2
2
Нанесенную в качестве покрытия пленку нагревали досуха и фрагмент фильтровальной бумаги размером два квадратных дюйма, насыщенный водой, помещали в керамический сосуд вместе с пленкой, абсорбирующей кислород, чтобы он выступал в качестве источника влаги. Указанная нанесенная пленка абсорбировала 11,4 см О/дюйм в течение 39-44 часов.
2
2
3
2
2
Затем 2,8 фунта Neocryl A-5117 объединяли с 5,0 фунтами железа SCM A-220 с двумя процентами по массе NaCl и 34 г газообразователя марки Celagen (пара-толуолсульфонилгидразид). Газообразователь вызывает образование очень небольших пузырьков внутри покрытия, которые увеличивают проницаемость покрытия для кислорода. Покрытие массой 0,0742 г/дюйм (80,6 процента по массе железа) указанной композиции, которая имела вязкость 1410 сантипуаз, затем наносили на полипропиленовую пленку, как описано выше, до общей массы пленки 0,0943 г/дюйм. Указанная нанесенная пленка абсорбировала 9,8 см О/дюйм в течение 39-44 часов.
В акриловой эмульсии диапазон процентов по массе акрилового полимера марки Neocryl A-5117 может составлять от 15% до 90% с предпочтительным диапазоном от 25% до 35%. Железо, используемое в эмульсии, может составлять в процентах по массе от 10% до 85% с предпочтительным диапазоном от 65% до 75%. Железо можно объединять с хлоридом натрия в процентах по массе от 0,1% до 5,0% с предпочтительным диапазоном хлорида натрия от 1,5% до 2,5%.
Соотношения акриловой эмульсии и железа также зависит от использованной акриловой эмульсии и заданной вязкости. Воду добавляют для регулирования вязкости, что в свою очередь увеличивает содержание железа. Указанные диапазоны будут отличаться для других акриловых эмульсий. Это является общим для всех указанных здесь эмульсий.
ПРИМЕР 5: ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТНАЯ ЭМУЛЬСИЯ
2
Использованный в водной эмульсии поливинилацетат имел торговую марку Vinac XX-210 от Air Products and Chemicals, Inc. Сорок три процента по массе эмульсии поливинилацетата объединяли с 57 процентами по массе железной смеси, содержащей 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего 2 процента по массе хлорида натрия. Указанный состав затем отпечатывали на полипропиленовой подложке размером восемь квадратных дюймов с массой отпечатка 0,026 г/дюйм. Полученную карту помещали в керамический сосуд и скорость поглощения кислорода измеряли следующим образом:
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Среднее
48 час
22 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
22 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
22 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
22 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
114 час
25 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
25 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
25 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
25 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
2
2
3
2
2
Затем 2,0 фунта эмульсии марки Vinac XX-210 объединяли с 2,67 фунта железа SCM A-220 и двумя процентами по массе NaCl. Этот состав наносили на полипропиленовую пленку, ориентированную в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при использовании цилиндра глубокой печати №24. Состав покрытия массой 0,034 г/дюйм (содержащее 70,8 процента по массе железа) наносили до общей массы пленки 0,054 г/дюйм. Нанесенную в качестве покрытия пленку сушили досуха нагреванием. При испытании образцов в керамическом сосуде, в керамический сосуд помещали фильтровальную бумагу, насыщенную водой, чтобы она выступала в качестве источника влаги. Указанная нанесенная пленка абсорбировала 4,6 см О/дюйм в течение 39-44 часов.
Диапазон процентов по массе поливинилацетата марки Vinac XX-210 может составлять от 15% до 90% с предпочтительным диапазоном от 40% до 50%. Железо можно добавлять в процентах по массе от 10% до 85% с предпочтительным диапазоном от 50% до 60%. Процент по массе хлорида натрия в железе может составлять 0,1% до 5,0% с предпочтительным диапазоном от 1,5% до 2,5%.
Можно добавлять воду для регулирования вязкости, и, таким образом, увеличивать содержание железа. Соотношение железа к понивинилацетатной эмульсии может отличаться для других поливинилацетатных эмульсий.
ПРИМЕР 6: ЭМУЛЬСИЯ ВИНИЛАЦЕТАТЭТИЛЕНОВОГО СОПОЛИМЕРА
2
Использованный в водной эмульсии винилацетатэтиленовый сополимер имел торговую марку Airflex 440 от Air Products and Chemicals, Inc.. Состав 70 процентов по массе указанной эмульсии винилацетатэтиленового сополимера объединяли с 30 процентами по массе железной смеси, содержащей 200 меш электролитически восстановленного железа, содержащего 2 процента по массе хлорида натрия, и отпечатывали на полипропиленовой подложке размером восемь квадратных дюймов с массой отпечатка 0,015 г/дюйм. Полученную карту помещали в керамический сосуд и скорость поглощения кислорода измеряли следующим образом:
Скорость абсорбции кислорода
№1
№2
№3
Среднее
48 час
11 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
10 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
8 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
10 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
114 час
12 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
10 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
10 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
11 см<sup>3</sup>  О<sub>2</sub>
Нанесенную в качестве покрытия пленку сушили досуха нагреванием. При испытании образцов в керамическом сосуде, в керамический сосуд помещали фильтровальную бумагу, насыщенную водой, чтобы она выступала в качестве источника влаги.
2
2
3
2
3
2
2
2
Затем получали другую эмульсию при использовании марки Airflex 400 вместо марки Airflex 440. В указанном примере 3,88 фунта эмульсии марки Airflex 400 объединяли с 5,25 фунта железа SCM A-220 с двумя процентами по массе NaCl и 300 граммами воды. Этот состав, который имел вязкость 4550 сантипуаз, наносили на полипропиленовую пленку, ориентированную в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при использовании цилиндра глубокой печати №24. Состав покрытия массой 0,0423 г/дюйм (содержащее 71,1 процента по массе железа) наносили до общей массы пленки 0,0625 г/дюйм. Нанесенную в качестве покрытия пленку сушили досуха нагреванием. При испытании образцов в керамическом сосуде, в керамический сосуд помещали фильтровальную бумагу, насыщенную водой, чтобы она выступала в качестве источника влаги. Указанная нанесенная пленка абсорбировала 3,6 см О/дюйм в течение 39-44 часов и 9,9 см О/дюйм в течение 306-312 часов.
2
2
3
2
3
2
2
2
Затем 3,88 фунта эмульсии марки Airflex 400 объединяли с 5,63 фунта железа SCM A-220 и двумя процентами по массе NaCl и 150 граммами воды. Покрытие массой 0,0447 г/дюйм (72,7 процента по массе железа) указанной композиции, которая имела вязкость 2000 сантипуаз, затем наносили на полипропиленовую пленку, как описано выше, до общей массы пленки 0,0648 г/дюйм. Нанесенную в качестве покрытия пленку сушили досуха нагреванием. При испытании образцов в керамическом сосуде, в керамический сосуд помещали фильтровальную бумагу, насыщенную водой, чтобы она выступала в качестве источника влаги. Указанная нанесенная пленка абсорбировала 3,3 см О/дюйм в течение 39-44 часов и 11,3 см О/дюйм в течение 306-312 часов.
Диапазон процентов по массе эмульсии марки Airflex 440 может составлять от 15% до 99% композиции, с предпочтительным диапазоном от 65% до 75%. Диапазон процентов по массе железа, которое можно добавлять в композицию, составляет от 1,0% до 85% с предпочтительным диапазоном от 25% до 35%. Диапазон процентов по массе хлорида натрия, который можно использовать с железом, составляет от 0,1% до 5,0% с предпочтительным диапазоном хлорида натрия от 1,5% до 2,5%.
Можно добавлять воду для регулирования вязкости и, таким образом, увеличивать содержание железа. Соотношение железа к эмульсии винилацетатэтиленового сополимера может отличаться для других эмульсий винилацетатэтиленового сополимера.
Диапазон процентов по массе эмульсии марки Airflex 400 может составлять от 15% до 99% композиции, с предпочтительным диапазоном от 35% до 50%. Диапазон процентов по массе железа, которое можно добавлять в композицию, составляет от 1,0% до 85% с предпочтительным диапазоном от 50% до 65%. Диапазон процентов по массе хлорида натрия, который можно использовать с железом, составляет от 0,1% до 5,0% с предпочтительным диапазоном хлорида натрия от 1,5% до 2,5%. Можно добавлять воду для регулирования вязкости и, таким образом, увеличивать содержание железа.
Указанные суспензии также можно отпечатывать или наносить на пленку и только частично сушить нагреванием, так чтобы не требовалось источника влаги. При таком варианте, указанные материалы, абсорбирующие кислород, могут использоваться в сухой атмосфере. Если влага сохраняется в поглотителе кислорода, рН среды необходимо повысить до превышающего 9,0, так чтобы при хранении поглотителя кислорода не образовывался водород.
Также проводились другие эксперименты, чтобы показать эффективность абсорбирующих кислород эмульсий, содержащих менее чем 10% по массе поглотителя кислорода, содержащегося в эмульсии.
ПРИМЕР 7
3
Полипропиленовую пленку покрывали композицией 50,0 грамм акриловой эмульсии S.C. Johnson Jonbond 751 и 2,6 грамма SCM А-131 325 меш железа, содержащего 1,0% хлорида натрия. Конечное высушенное покрытие имело содержание железа 8,6% и массу покрытия 0,05 грамма на квадратный дюйм. После 9 дней указанное покрытие абсорбировало 1,94 см кислорода на 5 квадратных дюйма.
ПРИМЕР 8
3
Полипропиленовую пленку покрывали композицией 50,0 грамм акриловой эмульсии S.C. Johnson Jonbond 751 и 1,2 грамма SCM А-131 325 меш железа, содержащего 1,0% хлорида натрия. Конечное высушенное покрытие имело содержание железа 4,2% и массу покрытия 0,04 грамма на квадратный дюйм после 6 дней. После 9 дней указанное покрытие абсорбировало 1,94 см кислорода на 5 квадратных дюйма.
ПРИМЕР 9
3
Полипропиленовую пленку покрывали композицией 50,0 грамм эмульсии винилацетатэтиленового сополимера Airflex 400 от Air Products & Chemicals и 2,6 грамма SCM А-131 325 меш железа, содержащего 1,0% хлорида натрия. Конечное высушенное покрытие имело содержание железа 8,6% и массу покрытия 0,06 грамма на квадратный дюйм. Указанное покрытие абсорбировало в среднем 2,10 см кислорода на 5 квадратных дюйма после 9 дней.
ПРИМЕР 10
3
3
Полипропиленовую пленку покрывали композицией 50,0 грамм эмульсии винилацетатэтиленового сополимера Airflex 400 от Air Products & Chemicals и 1,2 грамма SCM А-131 325 меш железа, содержащего 1,0% хлорида натрия. Конечное высушенное покрытие имело содержание железа 4,2% и массу покрытия 0,05 грамма на квадратный дюйм. Указанное покрытие абсорбировало в среднем 1,46 см кислорода на 5 квадратных дюйма после 6 дней. После 9 дней указанное покрытие абсорбировало 3,07 см кислорода на 5 квадратных дюйма.
ПРИМЕР 11
3
Полипропиленовую пленку покрывали композицией 50,0 грамм эмульсии винилацетатного гомополимера Airflex XX-210 от Air Products & Chemicals и 2,6 грамма SCM А 1-131 325 меш железа, содержащего 1,0% хлорида натрия. Конечное высушенное покрытие имело содержание железа 8,6% и массу покрытия 0,05 грамма на квадратный дюйм. После 9 дней указанное покрытие абсорбировало 0,81 см кислорода на 5 квадратных дюйма.
ПРИМЕР 12
3
3
Полипропиленовую пленку покрывали композицией 50,0 грамм эмульсии винилацетатного гомополимера Airflex XX-210 от Air Products & Chemicals и 1,2 грамма SCM А-131 325 меш железа, содержащего 1,0% хлорида натрия. Конечное высушенное покрытие имело содержание железа 4,2% и массу покрытия 0,07 грамма на квадратный дюйм. Указанная комбинация абсорбировала в среднем 0,097 см кислорода на 5 квадратных дюйма после 6 дней. После 9 дней указанное покрытие абсорбировало 2,43 см кислорода на 5 квадратных дюйма.
Как обсуждалось выше в отношение Фиг.3, тонкий пленочный покрывающий слой 330 наносят поверх абсорбирующей кислород композиции 320. Тонкий пленочный покрывающий слой 330 можно наносить отпечатыванием или другими известными технологическими способами. В варианте осуществления изобретения, изображенном на Фиг.5, тонкий пленочный покрывающий слой 330 закреплен над абсорбирующей кислород композицией 320 за счет прикрепления одновременно к самой абсорбирующей кислород композиции 320 и к периферии 510 подложки 310, где тонкий пленочный покрывающий слой 330 и подложка 310 непосредственно контактируют (без расположенной между ними абсорбирующей кислород композиции 320). Следует понимать, что можно использовать дополнительный связывающий материал между тонким пленочным покрывающим слоем 330 и подложкой 310 на периферии 510, где они непосредственно контактируют или, в альтернативных вариантах осуществления, связывающий материал между тонким пленочным покрывающим слоем 330 и подложкой 310, благодаря их относительным физическим характеристикам, может быть достаточным, для того чтобы не возникало необходимости в дополнительных средствах прикрепления.
Тонкий пленочный покрывающий слой 330 представляет собой проницаемое для кислорода (но не пористое) полимерное покрытие поверх абсорбирующей кислород композиции 16. Тонкий пленочный покрывающий слой 330 представляет собой единый слой, который образует пленку над абсорбирующей кислород композицией 320. Абсорбирующая кислород композиция 320, как более подробно описано выше, представляет собой гибкую пленку, которая отвечает заданной форме упаковок многообразных продуктов, с которыми она может быть использована. Тонкий пленочный покрывающий слой 330 должен быть достаточно гибким, чтобы оставаться прикрепленным к абсорбирующей кислород композиции 320 вне зависимости от формы, которую принимает абсорбирующая кислород композиция 320. Тонкий пленочный покрывающий слой 330 представляет собой тонкий слой покрытия, который прикрепляется к гладкой непрерывной пленке, которую образует абсорбирующая кислород композиция 320. Нет необходимости в промежуточном адгезивном слое между абсорбирующей кислород композицией 320 и тонким пленочным покрывающим слоем 330.
3
2
3
2
Под “проницаемостью кислорода” подразумевают, что скорость проникновения кислорода через тонкую пленку должна быть по крайней мере 10 см/100 дюйм/день при 73°F при относительной влажности 50% и, предпочтительно, превышать 20 см/100 дюйм/день при 73°F при относительной влажности 50%, однако не являться пористой по отношению к кислороду.
Тонкий пленочный покрывающий слой 330 предпочтительно изготовлен из полимера, диспергированного в воде. Органические растворители обычно не могут быть использованы, если предназначение упаковочного материала состоит в поглощении кислорода в пищевых контейнерах. Полимерные дисперсии в воде приемлемы для контакта с пищей. Содержание твердых веществ полимера в водной дисперсии находится в диапазоне от 50 до 100%. После высушивания тонкий пленочный покрывающий слой представляет собой проницаемый для кислорода, как определено здесь.
Однако необходимо отметить, несмотря на то, что тонкий пленочный покрывающий слой изготовлен из проницаемого для кислорода материала, как определено здесь, общая скорость поглощения кислорода может дополнительно контролироваться за счет перфорирования или образования небольших отверстий, а именно микроперфорации в тонком пленочном покрывающем слое, слое основы или, и том, и другом. Путем формирования такой микроперфорации можно увеличить количество кислорода, которое может достичь абсорбирующей кислород композиции. Таким образом, необязательное образование или селективное образование в слоях, окружающих абсорбирующую кислород композицию, микроперфорации определенной частоты может способствовать общей производительности упаковочного материала. Пример микроперфорации показан на Фиг.6, которая представляет собой поперечное сечение слоистого упаковочного материала, в котором микроперфорация 600 образована в основном слое подложки и микроперфорация 610 показана в тонком пленочном покрывающем слое.
Различные типичные полимеры, пригодные для тонкого пленочного покрывающего слоя 330, тестировали на абсорбирующих кислород композициях (без микроперфорации). Результаты этих испытаний показаны в Таблице I ниже. В указанных примерах, абсорбирующая кислород композиция, состоящая из 25% акриловой смолы и 75% 325 меш порошка железа, смешанного с 2% хлорида натрия сначала наносили на полиэфирную пленку и затем сушили. Покрытие осуществляли при помощи формного цилиндра глубокой печати, и окончательная масса сухого покрытия составляла 30,8-36,9 фунтов на оборот. Затем на абсорбирующую кислород композицию наносили каждый из различных полимеров верхнего покрытия, перечисленных в Таблице I, при использовании 0,3 уровневого бруска для получения 0,3 мл покрытия. Для каждой композиции покрытия образцы с размером 5 квадратных дюйма помещали в запаянный сосуд при 100% относительной влажности и комнатной температуре. Образцы отбирали шприцом для измерения содержания кислорода в запаянном сосуде для того, чтобы определить скорость абсорбции кислорода в каждом из образцов. Результаты, приведенные в таблице I, представляют собой среднее для трех испытаний для каждого образца. Все образцы хорошо прикреплялись к абсорбирующей кислород композиции.
<b>Таблица I</b><b>Скорость поглощения кислорода образцами с различными слоями пленочного покрытия (см</b><sup>3</sup><b> кислорода на квадратный дюйм)</b>
Содержание твердых веществ
После 3 дней
После 6 дней
После 10 дней
После 13 дней
Стандарт (без слоя покрытия)
9,6
11,3
12,4
13,5
Tyvek (пленочное покрытие)
8,2
11,5
13,5
14,7
Ацетат целлюлозы (пленочное покрытие)
8,8
10,0
10,9
12,1
Airflex 400 (винилацетатэтиленовый сополимер)
55,0%
4,8
5,4
9,3
11,0
Pierce & Stevens Latiseal A-7734A (этиленвинилацетат)
44,0%
4,9
7,8
10,5
10,7
Airflex 300 (винилацетат)
55,0%
5,9
6,9
9,1
10,1
Vinac XX-210 (винилацетатный гомополимер)
55,0%
3,7
5,1
8,1
9,3
Airflex 421 (ацетатэтиленовый сополимер)
52,0%
4,2
5,5
7,7
8,7
Vycar 526 (пластифицированный полимер винилхлорида)
57,5%
2,7
3,6
5,3
6,8
Jonbond 751 (Акриловая эмульсия)
56,0%
2,3
4,2
6,1
6,7
Allied Signal 316 (окисленный полиэтиленовый гомополимер)
30,0%
3,2
4,4
5,7
6,3
Witco W232 (водная полиуретановая дисперсия)
29,8%
1,9
3,4
5,6
6,2
Количество кислорода, которое было абсорбировано абсорбирующей кислород композицией в каждом из образцов, указанное в Таблице I, зависит от проницаемости слоя покрытия. Tyvek продемонстрировал наибольшую проницаемость из представленных образцов с проницаемостью, постепенно уменьшающейся к Witco W232 (водная полиуретановая дисперсия) в конце таблицы I. В соответствии с настоящим изобретением, в качестве тонкого пленочного покрывающего слоя 330 также могут использоваться другие водорастворимые полимеры, известные в данной области техники.
Способы и оборудования, используемые для отпечатывания информации на основу или пленочный слой (или на то и другое), известны специалистам в данной области техники. Такие способы будут включать глубокую печать, трафаретную печать, печать с эластичных форм или полноцветную печать.
Поверх отпечатанного слоя может использоваться дополнительный необязательный слой. Такой слой будет надпечатанным слоем. Предпочтительно необязательный надпечатанный слой будет представлять собой глянцевое покрытие и, наиболее предпочтительно, структурированное глянцевое покрытие, так что глянцевый верхний слой только покрывает напечатанный текст. Назначением верхнего слоя будет предотвращение отделения отпечатанного текста от его подложки (слоя основы или пленочного слоя) и также предотвращение непосредственного контакта, использованной для печати типографской краски и содержания упаковки. Конечно, любые такие типографские краски и глянцевые покрытия должны представлять собой пригодные, обладающие признанной совместимостью с предполагаемым содержимым упаковки, такими как типографские краски для пищевых продуктов и лаки для промышленных товаров или типографские краски для фармакологических препаратов и лаки для фармакологических препаратов и т.д. Типичные предпочтительные лаки представляют собой полиэтиленовый, уретановый и акриловый лаки.
В другом варианте осуществления изобретения абсорбирующую кислород композицию наносят на обе стороны подложки, и обе стороны покрывают тонким пленочным покрывающим слоем.
Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано и описано здесь со ссылкой на определенные специфические варианты осуществления, тем не менее, не предполагается ограничивать его представленным подробным описанием. Скорее в описании могут быть допущены различные модификации, находящиеся в объеме и диапазоне эквивалентов формулы изобретения, не отступая от области применения изобретения.