ЗАПЕЧАТЫВАНИЕ ЗАГЛУШКИ НА СТЕКЛЯННОМ СОСУДЕ
SEALING CAP ON GLASS VESSEL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение касается герметичного закрывания стеклянного сосуда и, в частности, герметичного закрывания стеклянного сосуда, когда содержимое составной тары, состоящей из стеклянного сосуда и средства закрывания стеклянного сосуда, необходимо стерилизовать при высокой температуре внутри тары. В частности, изобретение касается многослойного листа, предназначенного для закрывания в виде заглушки стеклянного сосуда, при этом составная тара содержит заглушку, выполненную из такого многослойного листа, а также касается способа изготовления такой тары.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Стеклянными сосудами являются полые стеклянные предметы, например, такие как баночки, банки, бутылки, стаканы, флаконы и т.д. Содержимым составной тары могут быть жидкие, твердые или порошкообразные пищевые продукты, такие как фруктовые соки, йогурты, готовые к употреблению блюда и т.д.
Тару, содержимое которой необходимо стерилизовать при высокой температуре, обычно закрывают металлической крышкой, завинчиваемой на стеклянном сосуде. Такую тару обычно очень трудно открывать, так как усилие, прикладываемое при закрывании, является очень большим, чтобы внутренняя поверхность крышки опиралась на край стеклянного сосуда всей своей периферией для обеспечения абсолютно герметичного закрывания, то есть чтобы избегать утечек, в частности, во время стерилизации. Кроме того, такое решение является дорогим.
TM
Кроме того, известна составная тара, представляющая собой стеклянный сосуд, на котором термически запечатывают заглушку, как правило, состоящую из алюминиевой пленки и из полимерной пленки, содержащей слой из термопластического материала. Термопластический материал выполняет роль склеивающего элемента между заглушкой и краем стеклянного сосуда, при этом край сосуда соответствует периферической зоне сосуда, ограничивающей его отверстие и, в частности, зону, на которой производят термическое запечатывание. Чтобы улучшить склеивание между стеклом и термопластическим материалом, например, в патенте FR 2435439 предложено наносить на край сосуда связующее с высокой степенью сродства со стеклом и со свободными связями для образования сильных связей с термопластическим материалом, и в данном случае таким связующим является, например, силан или оксид кремния. Другой обработкой стекла, известной из патентов FR 2723939 и FR 2519956 и предназначенной для улучшения сцепления между стеклом и термопластическим материалом, является нанесение на край сосуда покрытия, такого как оксид олова или оксид титана, на который наносят комплексное соединение хрома, например “Volant” производства компании Дюпон. Кроме того, в патентах FR 2712583, FR 2723939 и ЕР 0620202 указано, что комплексное соединение хрома можно заменить соответственно солью циркония, солью алюминия или солью хрома.
Вместе с тем сцепление между термопластическим материалом и стеклянным сосудом, достигаемое за счет обработки края сосуда этими металлическими оксидами и этими металлическими солями, является недостаточным и не позволяет добиться достаточной герметичности, когда тару стерилизуют. Действительно, повышение температуры содержимого тары и, следовательно, расширение газов во время этапа стерилизации оказывает сильное давление на заглушку и создает утечки между внутренним объемом и наружным пространством тары.
TM
TM
Из патентной заявки FR 2523112 известна также составная тара, в которой край стеклянного сосуда обрабатывают при помощи оксида титана или оксида олова, затем при помощи силана, после чего наносят слой сополимера этилена/акриловой кислоты типа “Surlyn” производства компании Дюпон, при этом указанный сополимер служит для запечатывания заглушки на краю сосуда. Использование такого сополимера улучшает сцепление между стеклянным сосудом и заглушкой, но не подходит, когда требуется стерилизовать тару при температурах, превышающих 115°С и, в частности, при температурах выше 120°С, так как температура плавления “Surlyn”, составляющая от 80 до 95°С, оказывается ниже температуры стерилизации. Следовательно, во время стерилизации такой тары термопластический материал плавится и не выполняет свои функции герметика, тем более что во время стерилизации на заглушку действует высокое давление.
Это же относится и к использованию многих термопластических материалов на основе полиэтилена, модифицированного полиэтилена или смесей, содержащих полиэтилен, указанных, например, в патенте ЕР 0620202, так как такие термопластические материалы имеют температуру плавления, равную или меньшую температуры плавления полиэтилена, которая колеблется от 98 до 115°С, и, следовательно, их невозможно использовать для выполнения тары, предназначенной для стерилизации при температурах выше 115°С и, в частности, при температурах выше 120°С.
Задачей настоящего изобретения является получение составной тары, обеспечивающей удовлетворительное герметичное закрывание.
Другой задачей настоящего изобретения является получение составной тары, обеспечивающей герметичное закрывание, выдерживающее условия этапа стерилизации.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В этой связи объектом настоящего изобретения является многослойный лист, предназначенный для закрывания в виде заглушки стеклянного сосуда путем термического запечатывания на краю сосуда, обработанном при помощи металлических оксидов и/или солей, и содержащий, по меньшей мере, один несущий слой и нижний слой из термически запечатываемого полимерного материала, на котором прививают ненасыщенную карбоксильную кислоту, отличающийся тем, что термически запечатываемый полимерный материал имеет температуру плавления, превышающую 115°С. Было установлено, что ненасыщенная карбоксильная кислота, привитая на термически запечатываемом полимерном материале, образует сильные связи с металлическими оксидами и/или солями, поэтому сцепление нижнего слоя с краем стеклянного сосуда улучшается и обеспечивает удовлетворительное герметичное закрывание составной тары. Кроме того, такой нижний слой обладает низкой токсичностью в отличие от многих адгезивов, содержащих растворители, и позволяет использовать эту составную тару для расфасовки пищевых продуктов. Кроме того, сцеплению не мешает контакт с водой, который может происходить, например, внутри составной тары, например, в виде водяного пара во время стерилизации. Использование термически запечатываемого полимерного материала с высокой температурой плавления придает сцеплению высокую термическую стойкость, в частности, если продукт предназначен для стерилизации.
st
st
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения многослойный лист предназначен вместе с сосудом для обработки при температуре стерилизации T и термически запечатываемый полимерный материал имеет температуру плавления, превышающую упомянутую температуру стерилизации T. Обычно температура стерилизации меняется в зависимости от содержимого составной тары и от технологий в интервале значений от 115°С до 135°С. Выбирая термически запечатываемый полимерный материал, имеющий температуру плавления выше температуры стерилизации составной тары и ее содержимого, обеспечивают, чтобы нижний слой не плавился во время операции стерилизации и, следовательно, чтобы сцепление оставалось надежным и жестким между заглушкой, выполненной из многослойного листа, и стеклянным сосудом. Этот признак имеет большое значение, когда тара предназначена для стерилизации, поскольку во время стерилизации на заглушку действует высокое давление, направленное изнутри составной тары наружу, в частности, по причине расширения газов внутри тары и способствующее появлению утечек. Термическое сопротивление или стойкость термопластического полимерного материала позволяет сохранять неизменными запечатывающие свойства нижнего слоя. Таким образом, заглушку в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в условиях стерилизации в отличие от известных заглушек, в которых нижний слой во время стерилизации плавится и моментально теряет свои запечатывающие свойства, вследствие чего заглушка приподнимается под действием давления и между заглушкой и краем сосуда появляются утечки.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения термически запечатываемый полимерный материал является полипропиленом, при этом температура плавления гомополимерного ПП близка к 160°С. Кроме того, существует ряд сополимеров на основе пропилена, имеющих точку плавления между 120 и 160°С, которые тоже можно использовать для этих целей. Можно также использовать сложные полиэфиры, температура плавления которых близка к 260°С. Полипропилен является более предпочтительным, чем сложный эфир, учитывая его стоимость, доступность на рынке и легкость использования при совместной экструзии. Для некоторых вариантов применения, когда температура стерилизации находится в нижней части интервала значений, предпочтительно используют полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) в качестве термически запечатываемого полимерного материала, температура плавления которого колеблется от 115°С до 130°С. Выбор класса ПЭВП будет зависеть от применяемой температуры стерилизации.
Согласно предпочтительному варианту выполнения в качестве ненасыщенной карбоксильной кислоты используют малеиновый ангидрид, в частности, по причине стоимости и доступности на рынке, и поскольку его можно легко прививать. Можно также использовать другие карбоксильные кислоты, такие как фумаровая кислота, цитраконовый ангидрид, итаконовый ангидрид, метилен-тетрагидро-малеиновый ангидрид и т.д.
Согласно предпочтительному варианту выполнения массовое отношение упомянутой ненасыщенной карбоксильной кислоты к упомянутому полимерному материалу меньше 2% и предпочтительно меньше 1%.
Согласно различным предпочтительным вариантам выполнения изобретения:
- несущий слой содержит алюминий или является просвечиваемой полимерной пленкой;
- нижний слой является слоем многослойной полимерной пленки;
- нижний слой приклеивают к несущему слою при помощи адгезивного слоя;
- обработка края стеклянного сосуда содержит нанесение солей хрома, силанов, солей циркония или солей алюминия.
Объектом изобретения является также составная тара, содержащая стеклянный сосуд и заглушку, термически запечатываемую на краю стеклянного сосуда, в которой упомянутую заглушку выполняют из описанного выше многослойного листа. Эта тара может быть предназначена, например, для обработки стерилизацией. Кроме того, на сосуд можно навинчивать крышку из пластического или металлического материала, чтобы этот сосуд можно было опять закрыть после удаления заглушки. Крышка может служить средством противодавления во время этапа стерилизации продукта, чтобы давление, действующее на заглушку, не привело к деформации или разрыву заглушки и к созданию больших усилий растяжения на запечатываемой полосе. Крышка может также служить для удержания заглушки прижатой к краю сосуда.
Объектом изобретения является также способ изготовления составной тары, содержащий следующие этапы:
- поставляют стеклянный сосуд, край которого обработан при помощи металлических оксидов и/или солей,
- поставляют заглушку, содержащую, по меньшей мере, один несущий слой и нижний слой из термически запечатываемого полимерного материала, на котором привита ненасыщенная карбоксильная кислота,
- упомянутую заглушку термически запечатывают на краю сосуда.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения после термического запечатывания способ дополнительно содержит этап стерилизации составной тары и на этом этапе стерилизации составную тару обычно выдерживают при температуре от 115 до 135°С в течение времени от 10 до 60 минут.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения способ дополнительно содержит этап, на котором на сосуде завинчивают крышку, причем эту крышку можно установить завинчиванием до или после стерилизации.
Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничительного примера со ссылками на прилагаемые фигуры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - частичный вид в разрезе составной тары в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - вид сбоку другой составной тары в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 частично показана составная тара 1 в соответствии с настоящим изобретением, состоящая из стеклянного сосуда 10, при этом на фигуре показана только ее верхняя часть, содержащая отверстие 11 сосуда 10, и из заглушки 20. Край 12 сосуда 12, на котором производят термическое запечатывание заглушки 20, обработан при помощи металлических оксидов и/или солей и, следовательно, содержит покрытие 13 из этих металлических оксидов и/или солей. Такая обработка стекла при помощи металлических оксидов и/или солей широко раскрыта в литературе, относящейся к данной области, и, в частности, в патентных документах FR 2435439, FR 2723939, FR 2519956, FR 2712583, FR 2523112, ЕР 0620202 и хорошо известна специалистам. Эти металлические оксиды и/или соли способствуют сцеплению полимерных материалов со стеклом. Например, речь идет о солях хрома, силанах, солях циркония или солях алюминия.
Заглушку 20 выполняют вырезанием из многослойного листа, и она содержит в качестве многослойного листа, по меньшей мере, один несущий слой 21 и термически запечатываемый нижний слой 22. Заглушку 20 термически запечатывают на краю 12 сосуда 10 при помощи этого термически запечатываемого нижнего слоя 22. Несущий слой 21 является, например, слоем алюминия толщиной от 12 до 300 мкм. Термически запечатываемый нижний слой 22 содержит термически запечатываемый полимерный материал, на котором прививают ненасыщенную карбоксильную кислоту и который имеет толщину от 2 до 80 мкм. Это прививание ненасыщенной карбоксильной кислоты позволяет получить сильную связь между термически запечатываемым полимерным материалом и металлическими оксидами и/или солями и, следовательно, между термически запечатываемым нижним слоем 22 заглушки 20 и стеклом. Присутствие ненасыщенной карбоксильной кислоты в нижнем слое способствует также сцеплению нижнего слоя 22 с несущим слоем 21 из алюминия.
Предпочтительно термически запечатываемым полимерным материалом является полипропилен, а ненасыщенной карбоксильной кислотой предпочтительно является малеиновый ангидрид. Массовое отношение ненасыщенной карбоксильной кислоты к упомянутому термически запечатываемому полимерному материалу меньше 10%, предпочтительно меньше 2% или еще предпочтительнее - меньше 1%. Действительно, предпочтительно прививать небольшое количество ненасыщенной карбоксильной кислоты, чтобы снизить расходы и избежать ухудшения физических свойств термически запечатываемого полимерного материала, таких как термическое сопротивление.
Предпочтительно термически запечатываемый полимерный материал выбирают из материалов с высокой температурой плавления, чтобы уменьшить зависимость качества запечатывания заглушки на сосуде от температурных условий. Предпочтительно термически запечатываемый полимерный материал выбирают с температурой плавления выше 115°С. Когда составную тару и ее содержимое подвергают этапу стерилизации, термически запечатываемый полимерный материал, обеспечивающий сцепление между сосудом и заглушкой, подвергается действию температуры стерилизации, которая превышает 115°С и предпочтительно превышает 120°С.
Гомополимер или сополимер полипропилена вполне соответствуют применению в условиях стерилизации составной тары, поскольку их температура плавления намного превышает обычные температуры стерилизации, составляющие от 115°С до 135°С. Для некоторых вариантов применения в условиях стерилизации применяют также полипропилен высокой плотности, когда температура стерилизации остается в нижней области интервала значений температуры стерилизации.
На Фиг.2 показана другая составная тара в соответствии с настоящим изобретением. На своей наружной боковой поверхности в своей верхней части сосуд 10' содержит выступы 14' для завинчивания крышки 30', содержащей соответствующие канавки 31'. Крышка 30' из пластического или металлического материала позволяет, например, повторно закрыть сосуд 10' после удаления заглушки 20'. Крышка 30' может также служить для создания противодавления во время этапа стерилизации продукта, чтобы давление, действующее на заглушку 20', не привело к деформации или к разрыву заглушки 20'. Крышка может также удерживать заглушку прижатой к краю сосуда.
Заглушка 20', показанная на Фиг.2, содержит несущий слой 21', нижний слой 22' из термически запечатываемого полимерного материала, на котором прививают ненасыщенную карбоксильную кислоту, и промежуточный адгезивный слой 23', предназначенный для приклеивания нижнего слоя 22' на несущем слое 21'. Несущим слоем 21' является, например, многослойная полиэфирная пленка (12 мкм)/Siox/ПП(40 мкм). Пленка Siox придает заглушке свойства непроницаемости по отношению к кислороду. Промежуточный адгезивный слой 23' является, например, слоем ПП толщиной от 2 до 50 мкм. Нижний слой 22' выполняют из термически запечатываемого полимерного материала, на котором прививают ненасыщенную карбоксильную кислоту, и, в частности, из ПП, на котором прививают малеиновый ангидрид, и он имеет толщину от 2 до 80 мкм. Выполненная таким образом заглушка 20' является просвечиваемой. Нижний слой 22' и промежуточный адгезивный слой 23' можно, например, получать путем совместной экструзии в виде многослойной пленки, которую наносят на несущий слой 21'.
Различные многослойные пленки, содержащие термически запечатываемый нижний слой и предназначенные для крепления на несущем слое, можно предусмотреть, например, для облегчения открывания заглушки или для выполнения функциональных барьеров, придающих лучшую стойкость к маслу или к кислотам. Предпочтительно эти многослойные пленки выполняют путем совместной экструзии.
Изобретение охватывает также все изменения, которые можно внести в составную тару и которые могут быть очевидными для специалиста, например, такие как использование других полимеров или металла, отличного от алюминия, для выполнения несущего слоя или добавление верхнего слоя, содержащего печатный рисунок для несущего слоя. Заглушка может также содержать, например, язычок для облегчения удержания заглушки и открывания составной тары путем отслаивания.
3
Испытания показали отличные качества составной тары в соответствии с настоящим изобретением во время этапа стерилизации. Стеклянные сосуды емкостью 150 см, край которых обработали оксидом олова и солями хрома, заполнили 100 мл воды, затем закрыли заглушками, содержащими слой алюминия 50 мкм и слой ПП с привитым малеиновым ангидридом толщиной 55 мкм. Температура запечатывания находится в пределах от 160 до 180°С. Часть предметов составной тары подвергли этапу стерилизации при 121°С в течение 30 минут.
Значения усилий отслоения не меняются до и после стерилизации и составляют от 8 до 35 Ньютон в зависимости от ширины края сосуда. Поэтому ни в одной составной таре не было отмечено утечки ни до, ни после стерилизации.
Для сравнения можно указать, что ни одна известная составная тара не позволяет использовать ее в условиях стерилизации.