ОТСЛАИВАЮЩАЯСЯ ЗАПЕЧАТЫВАЮЩАЯ СТРУКТУРА (ВАРИАНТЫ), ОТСЛАИВАЮЩЕЕСЯ УПЛОТНЕНИЕ, УПАКОВОЧНАЯ СИСТЕМА
LOOSE SEALING STRUCTURE (VERSIONS), LOOSE SEAL, AND PACKING SYSTEM

Уровень техники
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к системам упаковки, которые включают отслаивающееся уплотнение, и, в частности, настоящее изобретение относится к композициям и способам образования таких отслаивающихся уплотнений.
2. Прежний уровень техники
Упаковка - это важная особенность в продаже и маркетинге большинства продуктов. Пищевые продукты, в частности, имеют довольно строгие требования к упаковке для того, чтобы сохранить свежесть и увеличить срок хранения. Определенные медицинские устройства также предъявляют строгие требования к упаковке, чтобы сохранить стерильность таких устройств. При таких использованиях упаковка обычно является герметично упакованной или продутой струей газа и затем герметично запаянной. Хотя эффективная упаковка продуктов является обязательной, различные эстетические свойства упаковки продукта также важны. Например, вид продукта важен для привлечения потребителей. Кроме того, во многих применениях и, в частности, для продовольственных продуктов многократное использование упаковки и легкость ее открытия являются также важными факторами. Во многих случаях способность легко открыть упаковку будет зависеть от механических свойств запечатывающего материала.
Одна особенно важная упаковочная структура использует отслаивающийся запечатывающий материал. По меньшей мере, в одной упаковочной системе предшествующего уровня техники отслаивающийся запечатывающий материал получают покрытием металлической фольги термозапечатывающимся полимерным материалом. Так как упаковка, включающая такие запечатывающие материалы, часто непроницаема для воздуха и загрязняющих веществ, отслаивающийся запечатывающий материал должен также быть непроницаемым для этих материалов. Когда упаковку, имеющую отслаивающийся запечатывающий материал, открывают, запечатывающий слой может быть снят с основы. Желательно, чтобы такое снятие было достигнуто с низкой и относительно постоянной силой отрыва. Упругие свойства отслаивающегося запечатывающего материала таковы, что повреждение запечатывающего материала не происходит от изгиба и нормального обращения с упаковкой. В некоторых упаковках предшествующего уровня техники отслаивающиеся запечатывающие материалы созданы из многослойных листов. Примеры упаковочных систем, имеющих такие запечатывающие материалы, включают пищевые упаковки типа лоток, бутылки или блистерные упаковки и т.д. Хотя часть отслаивающихся запечатывающихся упаковок предшествующего уровня техники работает достаточно хорошо, было трудно создать упаковочные системы, которые последовательно образуют запечатывающие материалы, которые противостоят протеканию, будучи легко открытыми конечным пользователем. Кроме того, такие отслаивающиеся упаковочные системы предшествующего уровня техники имеют тенденцию работать в относительно узких диапазонах, и особенно в узких температурных диапазонах. Узкие температурные диапазоны уплотнения имеют тенденцию приводить к дефектам упаковки. Например, у нижнего конца применяемого температурного диапазона могут быть получены пропускающие запечатывающие материалы (негерметичные материалы). У верхнего конца применяемого температурного диапазона могут быть получены трудноотслаивающиеся запечатывающие материалы, которые рвутся будучи открыты.
Соответственно, существует потребность в улучшенных отслаивающихся упаковочных системах, которые противостоят просачиванию, обеспечивают герметичное уплотнение и открываются легко.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение решает одну или более задач предшествующего уровня техники, обеспечивая, по меньшей мере, в одном варианте отслаивающуюся структуру. Отслаивающаяся структура по этому варианту конструкции преимущественно включает поверхность, которая способна образовываться в отслаивающемся запечатывающем материале при контакте с запечатывающей основой при всех температурах в температурном диапазоне отслаивающегося запечатывающего материала. Кроме того, отслаивающаяся запечатывающая структура по этому варианту включает термопластичный полимер и добавку, диспергированную в, по меньшей мере, части термопластичного полимера.
В другом варианте настоящего изобретения отслаивающаяся упаковочная структура применима для образования отслаивающегося запечатывающего материала на отверстии емкости. Отслаивающаяся упаковочная структура по этому варианту включает запечатывающий слой и один или более необязательных дополнительных слоев. Преимущественно, запечатывающий слой включает функционализированную органическим материалом глину (органоглину), диспергированную в термопластичном полимере. Включение частиц функционализированной органоглины в обычно используемые термозапечатывающие термопластичные полимеры, как найдено, обеспечивает согласующуюся силу отрыва в широком диапазоне термозапечатывающих условий. Кроме того, смесь коммерчески доступных концентратов полимера органоглины с широким диапазоном смол полиолефиновых запечатывающих материалов преимущественно показывает силу отрыва, обратно пропорциональную проценту введенной органоглины. Хотя герметизированные поверхности раздела, использующие запечатывающие слои, отрываются согласованным образом, герметичная целостность уплотнения не ставится под угрозу, даже когда уплотненные образцы включают морщины, складки и угловые конфигурации в различных видах упаковки мешок/пакет.
В другом варианте конструкции настоящего изобретения предложена упаковочная система, включающая отслаивающуюся запечатывающую структуру по изобретению. Упаковочная система по изобретению включает емкость и отслаивающийся запечатывающий участок, прикрепленный к емкости. Запечатывающий участок включает слой запечатывания по изобретению, описанный выше.
Краткое описание рисунков
Фиг.1А - схематическая иллюстрация повреждения адгезива типа А.
Фиг.1В - схематическая иллюстрация повреждения адгезива типа В.
Фиг.1C - схематическая иллюстрация повреждения типа С с расслаиванием.
Фиг.1D - схематическая иллюстрация повреждения типа D с разрывом.
Фиг.1Е - схематическая иллюстрация повреждения типа Е с разрывом.
Фиг.1F - схематическая иллюстрация повреждения типа F с растяжением.
Фиг.1E - схематическая иллюстрация повреждения типа G отрыв + удлинение.
Фиг.2А - схематическое поперечное сечение однослойной запечатывающей структуры.
Фиг.2В - схематическое поперечное сечение двухслойной запечатывающей структуры.
Фиг.2С - схематическое поперечное сечение трехслойной запечатывающей структуры.
Фиг.3А - схематическое поперечное сечение мешочкоподобной упаковочной системы включающей вариант отслаивающейся запечатывающей структуры по изобретению.
Фиг.3В - вид сбоку мешочкоподобной упаковочной системы по фиг.3А.
Фиг.4А - схематическое поперечное сечение усовершенствования, в котором запечатывающая основа включает второй запечатывающий слой.
Фиг.4В - схематическое поперечное сечение усовершенствования, в котором запечатывающая основа 160 включает второй запечатывающий слой 170 с отслаивающимся уплотнением 162, сформированным между первым запечатывающим слоем 152 и вторым запечатывающим слоем 186.
Фиг.5А - схематическое поперечное сечение чашкоподобной упаковочной системы, которая использует отслаивающиеся запечатывающие структуры по изобретению.
Фиг.5В - схематическое поперечное сечение блистерной упаковочной системы, которая использует отслаивающиеся запечатывающие структуры по изобретению и включает множество чашкоподобных емкостей.
Фиг.6 - диаграмма, поясняющая способ образования упаковочных систем по изобретению.
Фиг.7А показывает графики сила отрыва - температура для верхнего запечатывающего материала, образованного из запечатывающего слоя, имеющего 5 и 6 мас.% органоглины.
Фиг.7В показывает графики сила отрыва - температура для запечатывающих материалов, изготовленных трехслойной соэкструзией ПЭВД, ЭВОН и смеси ЛПЭНД и ЭВА с добавленной органоглиной или без нее.
Фиг.7С показывает график сила отрыва - температура образования запечатывающего материала для запечатывающего материала, изготовленного из фольги, ламинированной запечатывающей пленкой.
Фиг.8 - ряд графиков для определения температуры плавления (Тпл).
Фиг.9 - ряд графиков для определения температуры кристаллизации (Ткр).
Фиг.10А - ряд диаграмм дифракции рентгеновского излучения, показывающие дисперсию органоглины из Нанобленд 2001 в слое запечатывания, включающем полиэтилен.
Фиг.10В - ряд диаграмм дифракции рентгеновского излучения, показывающие дисперсию органоглины из Нанобленд 2001 в слое запечатывания, включающем полиэтилен.
Фиг.11 показывает графики прочность запечатывающего материала - температура образования запечатывающего материала для запечатывающих материалов, изготовленных на машине импульсной сварки.
Фиг.12А показывает графики прочность запечатывающего материала - температура образования запечатывающего материала для запечатывающих материалов, изготовленных из полиэтилена или смеси полиэтилена и сополимера этилена и винилацетата кондукционной сваркой.
Фиг.12В показывает графики прочность запечатывающего материала - температура образования запечатывающего материала для запечатывающих материалов, в которых, по меньшей мере, один из слоев запечатывания включает смесь полиэтилена, ЭВА и органоглины.
Фиг.13А показывает таблицу 6, которая суммирует данные по прочности запечатывающего материала из Фиг.12А и 12В.
Фиг.13В - продолжение Фиг.13А.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Рассмотрим подробнее предпочтительные композиции, варианты конструкции и способы по настоящему изобретению, которые составляют лучшие режимы осуществления изобретения, теперь известные изобретателям. Фигуры не должны обязательно соблюдать масштаб. Однако следует понимать, что раскрытые варианты конструкции являются просто примерами из изобретения, которое может быть воплощено в различных и переменных формах. Поэтому специфические детали, раскрытые здесь, не должны интерпретироваться как ограничение, но просто как типичный базис для любого аспекта изобретения и/или как показательный базис для обучения специалистов в технике по-разному использовать настоящее изобретение.
За исключением примеров или если явно не обозначено иначе, все численные количества в этом описании, указывающие количества материала или условия реакции и/или использования, должны быть поняты как скорректированные словом "приблизительно" в описании самой широкой области действия изобретения. Практика в численных заявленных пределах вообще является предпочтительной. Кроме того, если явно не заявлено обратное, процент, "часть" и отношение величин указаны по массе, термин "полимер" включает "олигомер", "сополимер", "терполимер" и т.п.; описание группы или класса материалов как соответствующих или предпочтительных для данной цели в связи с изобретением подразумевает, что смеси любых двух или более из элементов группы или класса являются одинаково соответствующими или предпочтительными; описание составных частей в химических терминах относится к составным частям во время прибавления к любой комбинации, определенной в описании, и необязательно устраняет химические взаимодействия среди составных частей смеси при смешивании; первое определение акронима или другого сокращения применяется ко всем последовательным использованиям здесь того же самого сокращения и применяется с необходимыми изменениями к нормальным грамматическим вариациям первоначально определенного сокращения; и, если явно не заявлено обратное, измерение свойства определяется тем же самым методом, на который ссылаются для того же самого свойства раньше или позже.
Следует также понимать, что это изобретение не ограничивается специальными вариантами конструкции и способами, описанными ниже, так как определенные компоненты и/или условия могут, конечно, изменяться. Кроме того, терминология, используемая здесь, используется только для описания особенных вариантов настоящего изобретения и не предназначена ограничивать.
Следует также отметить, что, как используется в спецификации и приложенных пунктах формулы, форма единственного числа включает множественные объекты ссылки, если контекст ясно не указывает иначе. Например, ссылка на компонент в единственном числе предназначена включать много компонентов.
По всей данной заявке, где ссылаются на публикации, раскрытия этих публикаций в их целостности тем самым включены ссылкой в данную заявку в их полноте, чтобы более полно описать состояние техники, которой принадлежит это изобретение.
Используемый термин "органоглина" означает органически модифицируемую глину. Как правило, такая модификация делает глину более совместимой и поэтому смешиваемой с полимерами.
Используемый термин "среднее число шероховатости" ("Rcp") означает среднюю высоту поверхности, вычисленную по всей измеренной длине или площади в соответствии с ANSI B46.1. Оно обычно приводится в микрометрах или микродюймах.
Используемый термин "отслаивающееся уплотнение" означает уплотнение, которое имеет силу отрыва между 0,5 фунта на один дюйм ширины образца и силой, которая отрывает уплотнение. Как правило, верхний предел меньше или равен 5 фунтам на дюйм ширины образца. В другом варианте верхний предел меньше или равен 4 фунтам на дюйм ширины образца или меньше силы отрыва на пленочной основе.
Используемый термин "сила отрыва" означает силу для отделения двух слоев как определено в Американском обществе по испытанию материалов ASTM F-88, который включен ссылками в рассмотрение. Например, это сила, необходимая, чтобы отделить два слоя шириной один дюйм дерганием.
Используемый термин "температура инициирования запечатывания" относится к самой низкой температуре, при которой образуется уплотнение с силой отрыва 0,5 фунта на дюйм. Определенно, температура инициирования запечатывания - это температура поверхности (обычно металлической) контактирования слоя или слоев, которые должны быть запечатаны, тем самым способствуя такому запечатыванию. В некоторых вариантах поверхность контактирует со слоем (слоями) со временем выдержки от приблизительно 0,5 до 1 секунды при давлении от 5 до 1200 фунт/кв.дюйм (psi).
Используемый термин "температурный диапазон отслаивающегося уплотнения" означает диапазоны температур, при которых формируется уплотнение между двумя материалами такой, что сила отрыва имеет величину между 0,5 фунта на один дюйм ширины образца и силой, которая отрывает уплотнение как изложено выше.
Что касается фиг.1А-1G, предложены схематические иллюстрации, поясняющие различные механизмы повреждения уплотнения. В каждом варианте этих фигур, уплотнение 100 формируется из контакта участка первого слоя 102 уплотнения с участком второго слоя 104 уплотнения с образованием шва. Фиг.1А поясняет поведение отслаивающегося запечатывающего материала в соответствии с одним или более вариантами конструкции по настоящему изобретению. Когда шов между слоями 102 и 104 подвергается действию силы, которая действует, чтобы оторвать эти слои, слои 102, 104 отделяются относительно чисто с поверхностями раздела 106, 108. Это повреждение шва является повреждением адгезива типа А. Фиг.1В показывает шов, в котором структурная целостность слоя 102 ослабевает, когда шов подвергается действию напряжения, формируя разрыв 109. Это повреждение шва является повреждением адгезива типа В. Фиг.1C показывает шов, который включает дополнительные слои с образованием структуры многослойного ламината. Слой 110 присоединяется к слою 102, в то время как слой 104 присоединяется к слою 112. Вид повреждения, иллюстрированный на фиг.1C - это отслаивание в положении 114. Это повреждение шва является повреждением типа С из-за отслоения. Фиг.ID показывает повреждение материала, в котором слой 104 рвется в положении 120, близком к области, в которой слои 102, 104 являются еще присоединенными друг к другу. Это повреждение шва является повреждением типа D из-за разрыва. Фиг.1Е показывает повреждение материала, в котором слой 104 рвется в положении 122, удаленном от области, в которой слои 102, 104 являются еще присоединенными друг к другу. Это повреждение шва является повреждением типа Е из-за разрыва. Фиг.1F показывает повреждение материала, в котором слои 102 и 104 растягиваются на участках 130 и 132, которые не включены в шов 100. Это повреждение шва является повреждением типа 1F из-за растяжения. Наконец, фиг.1С показывает повреждение материала, в котором слои 102 и 104 разделяются в шве 100 по механизму отрыва с одновременным растяжением на участках 136 и 138. Это повреждение шва определяется как повреждение типа G из-за отрыва и растяжения. Варианты по настоящему изобретению преимущественно образуют отслаивающиеся материалы, которые повреждаются по механизму повреждения адгезива типа А.
В варианте настоящего изобретения предложена отслаивающаяся запечатывающая структура. Отслаивающаяся запечатывающая структура по этому варианту включает термопластичный полимер и добавку, диспергированную, по меньшей мере, в части термопластичного полимера. Отслаивающаяся запечатывающая структура образует поверхность запечатывания, которая способна образовывать отслаивающееся уплотнение при всех температурах в диапазоне температурного диапазона отслаивающегося уплотнения. В вариации этого варианта температурный диапазон отслаивающегося уплотнения составляет от температуры инициирования запечатывания до температуры, по меньшей мере, на 75°F выше температуры инициирования запечатывания. В другом варианте настоящего изобретения температурный диапазон отслаивающегося уплотнения составляет от температуры инициирования запечатывания до температуры, по меньшей мере, на 100°F выше температуры инициирования запечатывания. Как правило, для упаковочных применений используются температурные диапазоны инициирования запечатывания от приблизительно 170°F до приблизительно 350°F. В другой вариации, для упаковочных применений используются температурные диапазоны инициирования уплотнения от приблизительно 170°F до приблизительно 250°F.
На фиг.2А, 2В и 2С показаны отслаивающиеся запечатывающие структуры, используемые в упаковочных системах по настоящему изобретению. В этом варианте отслаивающаяся запечатывающая структура присоединяется к основе с образованием отслаивающегося уплотнения или запечатывающего участка. Фиг.2А - это схематическое поперечное сечение однослойной запечатывающей структуры. В этом варианте отслаивающаяся запечатывающая структура 150 включает слой 152 запечатывания. Фиг.2В - это схематическое поперечное сечение двухслойной запечатывающей структуры. Отслаивающаяся запечатывающая структура 150 включает слой запечатывания 152 и дополнительный слой 154. Фиг.2С - это схематическое поперечное сечение трехслойной запечатывающей структуры. Отслаивающаяся запечатывающая структура 150 включает слой 152 запечатывания и дополнительные слои 154, 156.
2
Должно быть оценено, что в каждой из вариаций фиг.2А, 2В и 2С запечатывающий слой 152 включает термопластичный полимер и добавку, диспергированную в термопластичном полимере. В вариации настоящих вариантов, полезные добавки имеют площадь поверхности больше 100 м/г и аспектное отношение больше 10. Дополнительно, полезные добавки являются кристаллическими или поликристаллическими. Примеры полезных добавок включают органоглины, но не ограничиваются ими. Запечатывающий слой 152 приспособлен контактировать с участком основы емкости с образованием отслаивающегося уплотнения. Такие емкости могут иметь фактически любую форму, которая является полезной, чтобы упаковать предмет. Примеры таких форм включают, но не ограничиваются ими, блистеры, лотки, мешки, пакеты и их комбинации.
К удивлению обнаружено, что запечатывающие слои, образованные из этой композиции, имеют улучшенные и однородные рабочие характеристики отслаивания, как описано более полно ниже. Герметизированные поверхности раздела, использующие отслаивающуюся запечатывающую структуру 150, отрываются согласованным образом, герметическая целостность уплотнения не ставится под угрозу, даже когда образцы пленки включают морщины, складки и угловые соединения в различных стилях упаковки мешок/пакет. Отслаивающаяся запечатывающая структура 150 показывает согласованную способность к отрыву в следующих комбинациях: 1) запечатывающий слой 152 контактирует с другим запечатывающим слоем аналогичной или той же самой композиции; 2) запечатывающий слой 152 контактирует со структурой, образованной из чистого уплотнения (например, слой органоглина/полиэтилен на слое чистого полипропилена, слой органоглина/полиэтилен на слое чистого сложного полиэфира, слой органоглина/полиэтилен на слое чистого полиэтилена). Технологические добавки, такие как антиадгезивы, антиоксиданты, добавки скольжения и т.д. необязательно включаются в слои запечатывания и не влияют на модель отрыва запечатывающей структуры 150.
Дополнительные слои 154, 156 применяют, чтобы обеспечить ряд полезных особенностей настоящего варианта. Например, дополнительные слои 154, 156 могут обепечить материал подложки, термостойкость, защитные свойства и улучшенный вид упаковочных систем, которые включают отслаивающиеся запечатывающие участки. Должно также быть оценено, что настоящий вариант конструкции охватывает, в дополнение к однослойным отслаивающимся запечатывающим структурам, многослойные структуры, имеющие любое число дополнительных слоев. В каждой вариации настоящего варианта многослойные запечатывающие структуры включают отслаивающиеся уплотнения, включающие композиции, описанные здесь.
Запечатывающий слой 152 далее характеризуется различными физическими и структурными вариациями и усовершенствованиями, которые зависят до некоторой степени от определенной желательной упаковки. В одной вариации настоящего варианта запечатывающий слой 152 имеет толщину от приблизительно 6 микронов до приблизительно 120 микронов. В другой вариации настоящего варианта конструкции, запечатывающий слой 152 имеет толщину от приблизительно 6 микронов до приблизительно 30 микронов. В еще одной вариации настоящего варианта конструкции, запечатывающий слой 152 имеет толщину от приблизительно 40 микронов до приблизительно 120 микронов. Запечатывающий слой 152 далее отличается от аналогичных слоев, сформированных без или с недостаточными количествами органоглины, наличием более высокой степени шероховатости поверхности. В одном усовершенствовании запечатывающий слой 152 характеризовался средней шероховатостью поверхности в диапазоне от приблизительно 1500 до приблизительно 5000 ангстремов. В другом усовершенствовании запечатывающий слой 152 характеризовался средней шероховатостью поверхности в диапазоне от приблизительно 2000 до приблизительно 4000 ангстремов. Должно быть с готовностью оценено, что в вариациях настоящего изобретения степень и качество шероховатости поверхности зависит от способов и параметров процесса, используемых, чтобы образовать запечатывающий слой 152. Запечатывающие слои различных вариантов конструкции также показывают несколько более высокие модули растяжения, чем аналогичные слои без органоглины. В одном усовершенствовании запечатывающий слой 152 имеет модуль растяжения от приблизительно 500 до приблизительно 2000 МПа.
Что касается фиг.3А и 3В, описана упаковочная система, включающая отслаивающиеся запечатывающие структуры. Фиг.3А - это поперечное сечение мешочкоподобной упаковочной системы, включающей вариант отслаивающейся запечатывающей структуры по изобретению. Фиг.3В - вид сбоку мешочкоподобной упаковочной системы, включающей вариант отслаивающейся запечатывающей структуры по изобретению. Упаковочная система 160 включает емкость 162 и отслаивающийся запечатывающий участок 164. Отслаивающийся запечатывающий участок 164 прикреплен к емкости 162. Фиг.3А изображает пример, в котором отслаивающийся запечатывающий участок 164 и емкость 162 непрерывны и каждый сформирован из той же самой многослойной структуры (то есть листа). Емкость 162 может иметь фактически любую форму, которая является полезной для упаковки объекта в мешочек. Запечатывающий участок 164 включает отслаивающуюся запечатывающую структуру 150. В вариации, изображенной на фиг.3А, отслаивающаяся запечатывающая структура 150 включает запечатывающий слой 152, расположенный на дополнительном слое 154. Как изложено выше в связи с описаниями фиг.2А, 2В и 2С, запечатывающий слой 152 включает термопластичный полимер и добавку, такую как органоглина, диспергированную в термопластичном полимере.
Снова касаясь фиг.3А и 3В, упаковочная система 160 далее включает вторую запечатывающую структуру 150', контактирующую с отслаивающейся запечатывающей структурой 150 с образованием отслаивающегося уплотнения 170. Уплотнение 170 герметизирует отверстие на верхней стороне 172 упаковочной системы 160. Подобные отслаивающиеся уплотнения необязательно помещают на нижнюю сторону 174, левую сторону 176 и правую сторону 178. Отслаивающаяся запечатывающая структура 150' также включает запечатывающий слой 152, расположенный на дополнительном слое 154. Определенно, первая часть комбинации запечатывающего слоя 152, расположенного на дополнительном слое 154, образует запечатывающую структуру 150, в то время как вторая часть комбинации запечатывающего слоя 152, расположенная на дополнительном слое 154, образует запечатывающую структуру 150'. Запечатывающие структуры 150, 150' являются непрерывно переходящими в емкость 162. В вариации настоящего варианта третья часть комбинации запечатывающего слоя 152, расположенная на дополнительном слое 154, по меньшей мере, частично образует емкость 162. Преимущественно, упаковочная система 160 приспособлена содержать объект(ы) 180 (то есть могут быть один или более объектов). Примеры объекта(-ов) 180, который может быть упакован, включают, но не ограничиваются ими, продовольственные продукты и стерилизованные предметы (например, медицинские устройства).
В отношении фиг.4А и 4В показаны вариации отслаивающегося запечатывающего участка 164, как используется в мешочкоподобных упаковочных системах. Фиг.4А - это схематическое поперечное сечение усовершенствования, в котором запечатывающий слой 152 существенно ограничен близостью отслаивающегося запечатывающего участка 164. Эта вариация достигается либо ограничением включения органоглины, либо нанесением отдельного слоя вблизи запечатывающей структуры 164. Эта вариация далее включает внутренний слой 182 и один или более дополнительных слоев 154. Фиг.4В - это схематическое поперечное сечение усовершенствования, в котором упаковочная система 160 включает второй запечатывающий слой 186 с отслаивающимся уплотнением 170, образующимся между первым запечатывающим слоем 152 и вторым запечатывающим слоем 186. В этом последнем усовершенствовании запечатывающий слой 152 простирается минимально, если простирается вообще, в емкость 162. Кроме того, в этом усовершенствовании емкость 162 необязательно включает облицовочный слой (лайнер) 182, который отличен от первого запечатывающего слоя 152. В дальнейшем усовершенствовании этой вариации запечатывающий участок 164 далее включает один или более дополнительных полимерных слоев 154, расположенных на первом запечатывающем слое 152 и/или втором запечатывающем слое 186. В особенно полезном примере этого усовершенствования один или более дополнительных полимерных слоев 154, по меньшей мере, частично образуют емкость 162.
Что касается фиг.5А и 5В, показаны вариации упаковочных систем с жесткими емкостями, использующих отслаивающиеся запечатывающие структуры по изобретению. Фиг.5А показывает схематическое поперечное сечение чашкоподобной упаковочной системы, которая использует отслаивающиеся запечатывающие структуры по изобретению. Упаковочная система 190 включает отслаивающуюся запечатывающую структуру 150 и герметизированное отверстие 192 емкости 194. Периферийная часть отслаивающейся запечатывающей структуры 150 расположена над емкостью и контактирует с участком основы 196 емкости 194. Фиг.5В показывает схематическое поперечное сечение блистерной упаковочной системы, которая включает много чашкоподобных емкостей. Блистерная упаковочная система 200 включает отслаивающуюся запечатывающую структуру 152 и герметизированные отверстия 202, 204 емкостей 206, 208. Участок отслаивающейся запечатывающей структуры 152 расположен над емкостью и контактирует с участками основы 210, 212 емкостей 206, 208.
Как изложено выше, отслаивающиеся запечатывающие структуры различных вариантов изобретения включают добавку, такую как органоглины. Примеры полезных органоглин включают, но не ограничиваются ими, каолинитовые глины, монтмориллонит-смектитные глины, бентонитовые глины, иллитовые глины и их комбинации. Патенты США 5780376, 5739087, 6034163 и 5747560 приводят конкретные примеры наноглин, которые полезны в осуществлении настоящего изобретения. Полное раскрытие каждого из этих патентов тем самым включено ссылкой в рассмотрение. В одном усовершенствовании настоящего изобретения органоглина присутствует в количестве от 1 до 20 мас.% объединенной массы термопластичного полимера и органоглины. В другом усовершенствовании настоящего варианта конструкции органоглина присутствует в количестве от 2 до 10 мас.% объединенной массы термопластичного полимера и органоглины.
Органоглина, применяемая в отслаивающемся запечатывающем слое 152, обычно включает множество частиц. В одной вариации органоглина включает множество частиц, имеющих, по меньшей мере, одно пространственное измерение меньше 200 нм. В другой вариации органоглина включает множество частиц, имеющих, по меньшей мере, одно пространственное измерение меньше 100 нм. В другой вариации органоглина включает множество частиц, имеющих, по меньшей мере, одно пространственное измерение меньше 50 нм. В еще одной вариации органоглина включает множество частиц, имеющих пространственные измерения больше или равные 1 нм. В еще одной вариации органоглина включает множество частиц, имеющих пространственные измерения больше или равные 5 нм. В другой вариации органоглина включает пластинки, имеющие среднее разделение, по меньшей мере, 20 ангстрем. В другой вариации органоглина включает пластинки, имеющие среднее разделение, по меньшей мере, 30 ангстрем. В еще одной вариации органоглина включает пластинки, имеющие среднее разделение, по меньшей мере, 40 ангстрем. Как правило, перед объединением с термопластичным полимером, органоглина включает пластинки, имеющие среднее разделение от 20 до 45 ангстремов. Преимущественно, после объединения с термопластичным полимером органоглина остается в этом расслоенном состоянии, так что среднее разделение сохраняется или увеличивается.
Как изложено выше, отслаивающийся запечатывающий слой 152 также включает термопластичный полимер. Соответствующие термопластичные полимеры включают, но не ограничиваются ими, нейлоны, полиолефины, полистиролы, сложные полиэфиры, поликарбонаты и их смеси. В вариации термопластичный полимер включает компонент, выбранный из группы, состоящей из этиленакриловой кислоты, этиленэтилакрилата, этиленовые иономеры (например, линия смол Surlyn, доступных от E.I. du Font de Nemours and Company) и их комбинации. Полиолефины - особенно полезные термопластичные полимеры в осуществлении изобретения. В одной вариации полиолефин выбирают из группы, содержащей гомополимеры и сополимеры этилена, пропилена, винилацетата и их комбинации. Смесь полиолефинов с этиленвинилацетатом ("ЭВА"), как найдено, является особенно полезной в формировании отслаивающихся уплотнений, особенно, когда добавка органоглина.
Емкости по различным вариантам изобретения формируются фактически из любого материала, используемого для упаковки. Такие материалы включают, но не ограничиваются ими, бумагу, металлическую фольгу, полимерные листы, металлизированные полимерные листы и их комбинации. Более конкретные примеры включают ориентированный или неориентированный сложный полиэфир, ориентированный или неориентированный полипропилен, ориентированный или неориентированный нейлон и их комбинации. Каждый из этих материалов может быть покрыт или не покрыт. Примеры полезных покрытий включают, но не ограничиваются ими, лаки, клеи, краски и защитные материалы (то есть поливинилиденхлорид (PVDC)). Полезные материалы для упаковки медицинских устройств включают полиолефины высокой плотности. Tyvek (синтетический материал, сделанный из волокон полиэтилена высокой плотности), коммерчески доступный от Dupont Inc., является примером такого материала, используемого для упаковки медицинских устройств.
В еще одном варианте настоящего изобретения предложен способ образования вышеуказанных упаковочных систем. Что касается фиг.6, предложена диаграмма, поясняющая способ по этому варианту. Термопластичный полимер ("ТП") объединяют с органоглиной ("ОГ") с образованием смеси органоглина-полимер (ОГС) на стадии а). В одной вариации это объединение происходит в экструдере 220. Запечатывающий слой 152 затем образуют экструзией из головки 222 на стадии b) смеси органоглина-полимер. В вариации дополнительный слой формируют подачей материала из дополнительных экструдеров (таких как экструдер 230) в головку 222. В усовершенствовании по настоящему варианту термопластичный полимер и органоглину предварительно перемешивают в смесителе 224 и затем вводят в экструдер 220. Как правило, запечатывающий слой 152 будет сформирован наряду с или на одном или более дополнительных слоях 154, 156 (как показано на фиг.2). Открытую упаковочную систему 160 затем формируют на стадии с). Этот процесс может включать стадии, в которых стороны запечатывают с получением структуры мешочка фиг.3-4. В вариации формирование открытой упаковочной системы 160 происходит на стадии b).
В вариации по настоящему варианту термопластичный полимер объединяют с органоглиной, смешивая маточную смесь с чистым полимером. В этой вариации маточная смесь включает органоглину vi, по меньшей мере, часть термопластичного полимера. В этом усовершенствовании маточная смесь типично включает от 10 до 80 мас.% органоглины.
Стадия формирования запечатывающего слоя 152 достигается любым способом, способным производить слои или пленки из термопластичных композиций. Примеры таких способов включают, но не ограничиваются ими, экструзию, соэкструзию, выдувное формование, литье, выдувное формование с экструзией и выдувание пленки.
Еще касаясь фиг.6, способ по настоящему варианту необязательно далее включает размещение объектов 180 в открытой упаковочной системе 160 (стадия d). Как правило, объекты 180 пребывают в пределах емкости 162. После размещения объектов 180 в емкости 162, запечатывающий слой 152 контактирует с запечатывающей основой (то есть запечатывающей структурой 150') в течение стадии е) с формированием уплотнения. Запечатывание может быть достигнуто любым способом запечатывания, известным в технике. Примеры включают, но не ограничиваются ими, кондукционное термосваривание, сварку ультразвуком и индукционную сварку.
Следующие примеры поясняют различные варианты конструкции по настоящему изобретению. Специалисты в этой области техники знают много вариаций, которые находятся в пределах сущности настоящего изобретения и объема действия формулы изобретений.
Фиг.7А показывает графики сила отрыва - температура для уплотнения, сформированного из запечатывающего слоя, образованного из соэкструдированной смеси ПЭВП и линейного ПЭНП/ЭВА и органоглины (то есть двойной слой). В этих экспериментах, разрывается уплотнение герметизированного мешка. Показаны графики для 5 и 6 мас.% загрузки органоглины. Фиг.7А демонстрирует, что уплотнения по изобретению могут быть открыты согласованной открывающей силой в диапазоне температур образования уплотнения выше 50°F. Кроме того, сила запечатывания, как наблюдают, является способной к отрыву и относительно ровной в температурном диапазоне 200-250°F. Фиг.7В показывает графики сила отрыва - температура образования уплотнения. Показаны графики для опыта без органоглины и для испытательного образца с 5 мас.% органоглины. Эталонный образец состоял из пленки 2,4 мила (mil), сформированной трехслойной соэкструзией полиэтилена высокой плотности ("ПЭВП"), этиленвинилового спирта ("ЭВОН"), линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) и смеси этиленвинилацетата (ЭВА) и ЛПЭНП. Испытываемый образец состоял из пленки 2,4 мила, сформированной трехслойной соэкструзией ПЭВП, ЭВОН и смеси ЛПЭНП. и ЭВА и 5 мас.% органоглины. Эталонный и испытываемый образцы были герметизированы в уплотнении Sentinal. Сила отрыва определена в соответствии с требованиями Американского общества по испытанию материалов F-88 (ASTM F-88). Время запечатывания для точек на фиг.7В составляет 0,50 секунды, и давление зажима запечатывания 30 фунтов на кв. дюйм. Наблюдается, что сила отрыва в температурном диапазоне 175-265°F изменилась меньше для образца с органоглиной. Кроме того, уплотнение, сформированное с органоглиной, способно отрываться во всем диапазоне формирования уплотнения. Фиг.7С показывает график сила отрыва - температура формирования уплотнения для уплотнения, сделанного из фольги, ламинированной с запечатывающей пленкой. В этом эксперименте полиэтилентерефталат (ПЭТ) калибра 48 (48 ga)/фольга калибра 50 (50 ga) ламинирован клеем с испытываемой пленкой 3,2 мила. Испытываемая пленка изготавливается из смеси ПЭНП/ЛПЭНП/органоглина. Уплотнение сделано для пленки той же самой конструкции. Эталонный и испытываемый образцы запечатывают в уплотнении Sentinal с силой отрыва, определяемой в соответствии с требованиями ASTM F-88. Фиг.7С ясно показывает согласованное отслаивающееся уплотнение, формирующееся при температурах от 300°F до 425°F.
Nanoblend™ MB 2001 или Nanoblend™ MB 2101 ("маточные смеси") смешивают с коммерческой полиэтиленовой ("РЕ") смесью для упаковки в мешочки в одношнековом экструдере со слоем уплотнения по изобретению, сформированным во второй операции выдувания пленки. Способность к растяжению образующихся пленок оценивают в соответствии с ASTM D638 (таблица 1) с испытательной скоростью 50 мм/мин. До испытания все образцы выдерживают в течение 21 дня при 30°С. Найдено, что пленки, которые включают органоглину, имеют более высокий модуль, чем пленки без органоглины, без потери прочности или максимального удлинения. Увеличение модуля составляет 75% для 3 мас.% органоглины, 150% для 6 мас.% органоглины и 240% для 9 мас.% органоглины.
Таблица 1
Способность к растяжению пленок, полученных без органоглины или с различными количествами органоглины
Модуль упругости при растяжении, МПа
Предел прочности при растяжении, МПа
Удлинение при разрыве, %
ненаполненный (% глины)
306 (±15)
24 (±1)
324 (±11)
ненаполненный ДШ* (% глины)
329 (±5)
24 (±1)
291 (±5)
2001
3% глины
587 (±9)
23 (±1)
325 (±11)
6% глины
825 (±17)
24 (±1)
396 (±6)
9% глины
1129 (±25)
23 (±1)
295 (±23)
2101
3% глины
581 (±32)
22 (±1)
316 (±17)
6% глины
842 (±33)
25 (±1)
400 (±1)
9% глины
1106 (±66)
22 (±1)
294 (±13)
*Ненаполненный ДШ: чистый полиэтилен (ПЭ), полученный двухшнековой экструзией
Таблица 2 суммирует результаты теста на тепловую деформацию по Вика. Как найдено, температура размягчения по Вика растет с увеличением содержания органоглины, причем образец с 9 мас.% наноглины показывает рост температуры размягчения на 23°С. Данные таблицы 2 подразумевают, что на кристалличность композиции полиэтиленового уплотнения не влияет добавка органоглины.
Таблица 2
Температура размягчения по Вика как функция содержания органоглины
Композиция
Температура тепловой деформации, °C
ненаполненный (0% глины)
64,5
3% Нано2001
70,5
6% Нано2001
80,9
9% Нано2001
87,0
3% Нано2101
70,5
6% Нано2101
80,5
9% Нано2101
87,0
Температура кристаллизации и температура плавления также оценены. Эти измерения выполнены измерением энтальпий плавления и кристаллизации в соответствии с ASTM D 3417. Фиг.8 приводит графики для определения температуры плавления ("Тпл"), в то время как фиг.9 приводит графики для определения температуры кристаллизации ("Ткр") для слоев, содержащих различные количества Nanoblend™ MB 2001. Как найдено, на Тпл и Ткр не влияет существенно добавление наноглины по сравнению с образцом чистого полиэтилена. Фиг.10А приводит ряд спектров дифракции рентгеновского излучения, показывающих дисперсию органоглины из Nanoblend 2001 в пределах запечатывающего слоя, включающего полиэтилен. Фиг.10В приводит ряд спектров дифракции рентгеновского излучения, показывающих дисперсию органоглины из Nanoblend 2101 в пределах запечатывающего слоя, включающего полиэтилен. Данные дифракции рентгеновского излучения демонстрируют, что среднее разделение пластинок органоглины сохраняется (то есть агломерация минимальна). Такое сохранение разделения позволяет достигнуть свойств, касающихся легкой снимаемости, предела прочности на разрыв, теста на тепловую деформацию и удлинения при разрыве по вариантам настоящего изобретения.
Таблицы 3 и 4 показывают размеры шероховатости поверхности для запечатывающих слоев, сформированных в соответствии с настоящим изобретением. В этих примерах сформирован соэкструдированный двойной слой. Более гладкая сторона образована из слоя ПЭВП, не имеющего органоглины. Более шероховатая сторона - это слой ЛПЭНП/ЭВА, содержащий органоглину. Найдено, что слои, содержащие органоглину, имеют более высокую степень шероховатости, чем аналогичные образцы, не имеющие органоглины. Кроме того, образец, имеющий 6 мас.% органоглины, имеет большее количество шероховатости поверхности, чем образец, имеющий 5 мас.% органоглины, таким образом показывая, что количество шероховатости поверхности имеет тенденцию увеличиваться в диапазоне приблизительно 10% или меньше.
Таблица 3
Более гладкая сторона двухслойного образца, имеющего 5 мас.% органоглины в запечатывающем слое
Скорость сканирования (мкм/с), вертикальный пробег (um)
10,13
50,13
10,1048
50,1048
Средняя шероховатость (Rcp)/Å
2406
2428
2343
2303
Максимальная шероховатость (макс. Rcp)/Å
2538
2617
2343
2279
Шероховатость (ср. квадрат. значение)/Å
2991
3040
2857
3096
Таблица 4
Более шероховатая сторона двухслойного образца, имеющего 5 мас.% органоглины в запечатывающем слое
Скорость сканирования (мкм/с), вертикальный пробег (um)
10,13
50,13
10,1048
50,1048
Средняя шероховатость (Rcp)/Å
6217
5413
5871
5979
Максимальная шероховатость (макс. Rcp)/Å
5059
4499
5775
5741
Шероховатость (ср. квадрат. значение)/Å
7947
6917
7571
7648
Таблица 5
Более гладкая сторона двухслойного образца, имеющего 6 мас.% органоглины в запечатывающем слое
Скорость сканирования (мкм/с), вертикальный пробег (um)
10,13
50,13
10,1048
50,1048
Средняя шероховатость (Rcp)/Å
2564
2275
3110
3210
Максимальная шероховатость (макс. Rcp)/Å
1994
1762
2333
2543
Шероховатость (ср. квадрат. значение)/Å
3351
2999
3843
3445
Таблица 6
Более шероховатая сторона двухслойного образца, имеющего 6 мас.% органоглины в запечатывающем слое
Скорость сканирования (мкм/с), вертикальный пробег (urn)
10,13
50,13
10,1048
50,1048
Средняя шероховатость (Rcp)/Å
7069
6935
7974
6897
Максимальная шероховатость (макс. Rcp)/Å
8081
6977
6600
6412
Шероховатость (ср. квадрат. значение)/Å
9100
8990
9955
8951
Фиг.11 приводит графики прочность уплотнения - температура образования уплотнения. В этих экспериментах для образования уплотнения применяют машину импульсной сварки. В таких машинах температура устанавливается положением на циферблате. Фиг.11 показывает прочность уплотнения как функцию положения на циферблате. Предполагаемые температуры приведены на верху фиг.11. Фиг.11 снова демонстрирует синергетический эффект комбинации полиэтилена, ЭВА и органоглины, такой, что уплотнения, полученные из этой смеси, способны легко сниматься в широком температурном диапазоне формирования уплотнения.
Ряд 25,4-мм уплотнений делают при давлении приблизительно 1000 фунт/кв.дюйм со временем запечатывания приблизительно 8 секунд. В этих экспериментах используется гидравлический пресс. Хотя эти условия жестче, чем условия, применяемые в типичных коммерческих операциях запечатывания, образование отслаивающихся уплотнений в этих условиях далее иллюстрирует способность композиций по настоящему изобретению образовывать отслаивающееся уплотнение. Фиг.12А и 12В показывают графики прочность уплотнения - температура образования уплотнения для различных комбинаций запечатывающих слоев. В этих экспериментах уплотнение образуется между первым запечатывающим слоем и вторым запечатывающим слоем. На фиг.12А каждый запечатывающий слой включает полиэтилен или смесь полиэтилена и ЭВА. Вообще, прочность уплотнения растет с увеличением температуры для этих комбинаций в температурном диапазоне 110-140°С. На фиг.12В, по меньшей мере, один из запечатывающих слоев включает смесь полиэтилена, ЭВА и органоглины. Для уплотнений, образованных таким образом, фиг.12В показывает образование отслаивающихся уплотнений в температурном диапазоне от 110 до 140°С. Таблица 6 сформирована согласно фиг.13А и 13В, которая суммирует данные по прочности уплотнения для фиг.12А и 12В, характеризуя тип повреждения (см. фиг.1А-1С). Таблица 6 ясно показывает образование отслаивающихся уплотнений в широком диапазоне температур.
В то время, как варианты изобретения были показаны и описаны, это не значит, что эти варианты показывают и описывают все возможные формы изобретения. Скорее текст, используемый в спецификации, является текстом описания, а не ограничения, и понимается, что различные изменения могут быть сделаны, не отступая от сущности и объема изобретения.