РАЗЛАГАЕМЫЕ УПАКОВКИ-САШЕ ДЛЯ РАЗВИВАЮЩИХСЯ РЫНКОВ
DEGRADABLE PACKAGES-SACHETS FOR EMERGING MARKETS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к биоразлагаемым упаковкам-саше (т.е. небольшим пакетам), используемым для вмещения потребительского товара, такого как, например, шампунь, кондиционер, лосьон для кожи, лосьон для бритья, жидкое мыло, брусковое мыло, зубная паста и моющее средство.
Уровень техники
Полимеры, такие как полиэтилен, уже давно используют в качестве упаковок-саше (т.е. небольших пакетов) для упаковки товаров, которые имеют короткий цикл использования (например, менее чем приблизительно 12 месяцев). Упаковки-саше, как правило, состоят из множественных слоев, которые включают различные типы материалов, чтобы обеспечить желаемые функциональные возможности, такие как герметичное скрепление, барьер и печатание. В упаковке для пищевых продуктов, например, упаковку-саше часто используют в качестве защитного средства для упаковки пищевых продуктов и быстро выбрасывают после того, как содержимое потребляется. Упаковки-саше также используют для размещения различных потребительских товаров, которые имеют короткий цикл использования, например продуктов по уходу за волосами, косметическому уходу, уходу за полостью рта, по уходу за здоровьем, личной гигиены и бытовой очистки. Эти упаковки-саше часто вмещают достаточное количество продукта для одноразового использования и часто их выбрасывают как мусор после такого одноразового использования.
В развитых частях мира выброшенные упаковки-саше обычно попадают в поток твердых отходов, которые сжигают или помещают на свалку. В регионах, не имеющих современной инфраструктуры твердых отходов, использованные упаковки-саше обычно выбрасывают как мусор на почву и в поверхностные воды. Хотя были предприняты некоторые усилия для переработки упаковок-саше, природа различных полимеров, которые образуют слои упаковок-саше, присутствие металлов, способ получения упаковок-саше, и то, как они превращаются в продукты, ограничивает количество возможных применений переработки. Например, повторная обработка даже чистых полимеров приводит к разложению материала и, следовательно, плохим механическим свойствам. Кроме того, различные классы химически подобных пластмасс, которые смешиваются во время процесса переработки, могут вызывать проблемы обработки, что приводит к более низкому качеству вторичного материала или его непригодности.
Некоторые производители пластмасс ввели добавки, такие как оксо-биоразлагаемые добавки и органические материалы, в традиционные полимеры (например, полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид), чтобы способствовать биоразложению полимеров в аэробных средах (например, компостировании, в почве), а также анаэробных средах (например, свалках, канализации).
Оксо-биоразлагаемые добавки часто включают в полимер в концентрации от приблизительно 1 мас. % до приблизительно 5 мас. %, исходя из общей массы полимера, и они состоят из переходных металлов, которые теоретически способствуют окислению и разрыву цепи в пластмассах под воздействием тепла, воздуха, света или их смеси. Укороченные полимерные цепи теоретически могут потребляться микроорганизмами, наличествующими в среде размещения отходов, и использоваться ими в качестве источника пищи. Тем не менее фрагментация не является признаком биоразложения, и нет никаких данных, показывающих, как долго эти фрагменты пластмассы будут сохраняться в почве или морской среде. Кроме того, данные показывают, что влага будет тормозить процесс фрагментации в течение нескольких месяцев или дольше. С практической точки зрения пластиковый пакет, который замусорил пустыню, будет, вероятно, фрагментироваться в течение нескольких месяцев, но фрагменты будут сохраняться в течение года или дольше. Если же такой же пакет замусорен в холодном, темном влажном лесу, маловероятно, что пакет хотя бы начнет фрагментироваться в течение нескольких месяцев или лет.
В случае органических материалов, неограничивающие примеры которых включают целлюлозу, крахмал, этиленвинилацетат и поливиниловый спирт, которые используют в качестве добавок в традиционных пластмассах, некоторая часть самой добавки будет биоразлагаться и генерировать диоксид углерода и метан. Нет данных, которые показывают, что остальные 95 мас. %-99 мас. % традиционной пластмассы будут также биоразлагаться. Biodegradable Products Institute (BPI) рекомендует, чтобы поставщик показывал, что 90% от всей пластиковой пленки или пакета, а не только добавки, были превращены в диоксид углерода в аэробных условиях и диоксид углерода и метан в анаэробных условиях.
Упаковки-саше из биоразлагаемых полимеров представляются обеспечивающими решение проблем, описанных выше, и являются более эффективными или практичными, чем переработка и/или использование оксо-биоразлагаемых и органических материалов добавок. Как используют в данной заявке, термин «биоразлагаемые полимеры» подразумевает те, которые способны подвергаться естественному разложению в диоксид углерода, метан, воду, неорганические соединения, биомассу или их смесь, где преобладает механизм ферментативного действия микроорганизмов, который может быть измерен стандартизированными тестами, в указанное время, отражая соответствующие условия утилизации. В присутствии кислорода (аэробное биоразложение) это метаболические процессы получения диоксида углерода, воды, биомассы и минералов. В анаэробных условиях (анаэробное биоразложение), метан может быть произведен дополнительно.
Особенности, обеспечивающие полимеру биоразлагаемость, однако, также могут помешать им быть использованными по целевому назначению. Часто биоразлагаемые полимеры чувствительны к влаге (например, могут поглощать значительные количества воды, набухают, теряют прочность или толщину, или растворяются при воздействии водной среды), термочувствительны (т.е. имеют температуру плавления или температуру стеклования ниже приблизительно 65°C или температуру размягчения по Вику менее чем приблизительно 45°C), механически ограничены (то есть продукт, образованный из полимера, слишком жесткий, слишком мягкий, страдает от низкой прочности при растяжении или низкой прочности на разрыв или имеет недостаточные свойства удлинения) и/или их трудно обрабатывать обычными процессами в расплаве (например, экструзией в растворе, экструзией с раздувом) в пленки. Такие свойства, как прочность при растяжении, модуль упругости при растяжении, прочность на разрыв и температура размягчения, определяют в значительной степени, насколько хорошо пленка будет функционировать на линии обработки.
Биоразлагаемые, металлизированные целлюлозные пленки (например, NatureFlex™ от Innovia LLC) были использованы для формирования 12″×2″ упаковок-саше, которые способны содержать сухие продукты в сухих средах. Тем не менее эти упаковки-саше имеют ограниченный успех, когда заполнены жидкими потребительскими товарами. Например, когда эти упаковки-саше были заполнены водой и оставлены для усадки на ночь, наблюдались видимые трещины металлизированной пленки, и упаковки-саше разрушались в течение 24 часов, о чем свидетельствуют капли, которые явно просачивались через пленку.
Разлагаемые упаковки-саше, приемлемые для содержания одной порции сухих продуктов, таких как сахар, также известны. Эти упаковки-саше состоят из бумаги, покрытой экструзией термопластичной крахмальной пленкой класса MATER-BI™ производства Novamont.
Пленки, которые состоят из биоразлагаемого полимерного слоя, описаны в заявке на патент США №2009/0286090, включенной в данную заявку путем ссылки. Однако эти пленки требуют высоких барьерных свойств для достижения желаемых характеристик производительности. Для реализации этих высоких барьерных свойств необходимо включать неразлагающиеся материалы (например, поливинилиденхлорид; поливиниловый спирт; поливинилацетат; полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен; полиамиды; экструдируемый класс этиленвинилацетата; экструдируемый класс этиленакриловой кислоты; сополимеры этилена и винилового спирта (EVOHs) и их комбинации, такие как коэкструзия полиамид/EVOH/полиамид) в биоразлагаемый полимерный слой. Таким образом, эти пленки являются только частично биоразлагаемыми.
Полностью разлагаемая пленка, которая является многослойным слоистым материалом, описана в заявке на патент США №2008/0038560, включенной в данную заявку путем ссылки. Тем не менее слоистые материалы сами по себе нежелательны, поскольку процесс ламинирования является дорогостоящим.
Заявка на патент Японии №2005/111783, включенная в данную заявку путем ссылки, раскрывает упаковки со смолистым составом группы сополиэфиров полимолочной кислоты и молочной кислоты, на которых алюминий осажден из паровой фазы. Однако эти пленки разлагаются только в условиях промышленного компостирования и не поддаются биоразложению в открытой среде.
Полигидроксиалканоаты (PHAs) также представляли общий интерес для использования при формировании биоразлагаемых пленок. Например, в патенте США №5,498,692, включенном в данную заявку путем ссылки, раскрыта биоразлагаемая пленка, которая состоит из полигидроксиалканоатного сополимера, который имеет, по меньшей мере, два случайно повторяющихся мономерных звена. Эта пленка может быть использована для формирования, например, пакетов для продуктов, пакетов для хранения пищевых продуктов, пакетов для бутербродов, закрывающихся пакетов Ziploc-типа и мешков для мусора. РНА пленки или другие биоразлагаемые пленки также могут быть использованы для создания упаковки-саше, хотя упаковка-саше, содержащая только РНА, не будет соответствовать требованиям, предъявляемым к барьерным свойствам для большинства потребительских товаров.
Хотя РНА являются биоразлагаемыми, их фактическое использование в качестве пластического материала было затруднено из-за их термической нестабильности. РНА, как правило, имеют низкую прочность расплава и могут также страдать от длительного времени усадки, так что их, как правило, трудно расплавить. Кроме того, РНА имеют тенденцию подвергаться термическому разложению при очень высоких температурах (т.е. температурах, которые могут возникнуть в процессе обработки расплава). Дополнительно, РНА имеют плохие барьерные свойства для газа и влаги и не очень хорошо подходят для использования в качестве упаковочных материалов, как описано в заявке на патент США №2009/0286090, включенной в данную заявку посредством ссылки.
Ни одна из упаковок-саше одноразового использования, которые используются в настоящее время и которые состоят из одного слоя биоразлагаемых полимеров (т.е. не являются слоистым материалом), способного выдержать производственный процесс, не имеет длительного срока сохраняемости, не удовлетворяет требованиям к барьерным свойствам и не биоразлагается в течение относительно короткого периода времени в открытой среде.
Сущность изобретения
В одном аспекте настоящее изобретение относится к упаковке, содержащей биоразлагаемый уплотнитель, покрытый барьерным материалом, на который наносят типографскую краску (см. Фигуру 1а). Необязательно, типографская краска покрыта лаком. Уплотнитель присутствует при толщине от приблизительно 12 мкм до приблизительно 100 мкм, предпочтительно от приблизительно 25 мкм до приблизительно 75 мкм, более предпочтительно от приблизительно 30 мкм до приблизительно 50 мкм. Барьерный материал выбран из группы, состоящей из металла, оксида металла, наноглины и их смесей, и присутствует при толщине от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм, предпочтительно от приблизительно 200 Å до приблизительно 9 мкм. Барьерный материал имеет поверхностную энергию, которая составляет, по меньшей мере, приблизительно 38 дин/см, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 42 дин/см. Альтернативно, поверхность имеет энергию менее чем приблизительно 38 дин/см, но может быть обработана с получением желаемой поверхностной энергии с использованием методов, известных специалисту в данной области техники, таких как обработка коронным разрядом. Типографская краска присутствует при толщине от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 20 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, более предпочтительно от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 3,5 мкм. Если присутствует, лак имеет толщину до приблизительно 25 мкм, предпочтительно до приблизительно 5 мкм.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к упаковке, содержащей слой, состоящий из биоразлагаемого уплотнителя и барьерного материала, выбранного из группы, состоящей из полигликолевой кислоты (PGA), полиолефина, наполнителя и их смеси. Типографскую краску наносят на слой и типографская краска необязательно покрыта лаком (см. Фигуру 2а). Слой имеет толщину от приблизительно 25 мкм до приблизительно 100 мкм, предпочтительно от приблизительно 30 мкм до приблизительно 60 мкм, и поверхностную энергию менее чем приблизительно 38 дин/см, но может быть обработан с получением желаемой поверхностной энергии с использованием методов, известных специалисту в данной области техники. Типографская краска присутствует при толщине от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 20 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, более предпочтительно от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 3,5 мкм. Если присутствует, лак имеет толщину до приблизительно 25 мкм, предпочтительно до приблизительно 5 мкм. Необязательно, слой покрыт барьерным материалом перед нанесением типографской краски. Если присутствует, барьерный материал присутствует при толщине от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм, предпочтительно от приблизительно 200 Å до приблизительно 9 мкм.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к изделию, содержащему первую упаковку, которая состоит из биоразлагаемого уплотнителя, на который наносят типографскую краску. Необязательно, типографская краска покрыта лаком. Первая упаковка заключена во вторую упаковку (см. Фигуру 3а). Необязательно, множество первых упаковок заключены во вторую упаковку (см. Фигуру 3b).
Биоразлагаемый уплотнитель первой упаковки присутствует при толщине от приблизительно 25 мкм до приблизительно 100 мкм, предпочтительно от приблизительно 30 мкм до приблизительно 60 мкм, и имеет поверхностную энергию, как описано выше в данной заявке. Типографская краска присутствует при толщине от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 20 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, более предпочтительно от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 3,5 мкм. Необязательно, первая упаковка покрыта барьерным материалом, выбранным из группы, состоящей из металла, оксида металла, наноглины и их смесей, который присутствует при толщине от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм. Данный барьерный материал имеет поверхностную энергию, составляющую, по меньшей мере, приблизительно 38 дин/см, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 42 дин/см. Альтернативно, поверхность имеет энергию менее чем приблизительно 38 дин/см, но может быть обработана с получением желаемой поверхностной энергии с использованием методов, известных специалисту в данной области техники.
Вторая упаковка состоит из подложки, выбранной из группы, состоящей из полиэтилентерефталата, полиолефина, алюминия, металлизированного полиолефина, металлизированного полиэтилентерефталата и их смеси, и имеет толщину от приблизительно 12 мкм до приблизительно 200 мкм. Необязательно, подложка содержит барьерный материал, покрывающий подложку с толщиной от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм, предпочтительно от приблизительно 200 Å до приблизительно 9 мкм. Дополнительно или альтернативно, подложка необязательно дополнительно содержит биоразлагаемый уплотнитель. Альтернативно, вторая упаковка состоит из биоразлагаемого уплотнителя, который имеет толщину от приблизительно 12 мкм до приблизительно 100 мкм, и который покрыт барьерным материалом, выбранным из группы, состоящей из металла, оксида металла, наноглины и их смеси, который присутствует при толщине от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм. В качестве другой альтернативы вторая упаковка состоит из слоя, который имеет толщину от приблизительно 12 мкм до приблизительно 100 мкм. Данный слой содержит биоразлагаемый уплотнитель и барьерный материал, состоящий из полигликолевой кислоты (PGA), полиолефина, наполнителя и их смеси в количестве от приблизительно 1 об. % до приблизительно 40 об. %, исходя из общего объема слоя.
Упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением имеют срок сохраняемости, по меньшей мере, приблизительно один год, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два года, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно три года. После использования упаковок в соответствии с первыми двумя аспектами в соответствии с настоящим изобретением и первой упаковки в соответствии с третьим аспектом в соответствии с настоящим изобретением, например, пользователем, их выбрасывают в открытую среду (то есть непромышленные условия компостирования), где они подвергаются воздействию микроорганизмов, разлагающих уплотнитель. После первого и непрерывного воздействия воды и микроорганизмов, разлагающих уплотнитель, эти упаковки разлагаются на фрагменты, которые достаточно малы, чтобы пройти через сито на один миллиметр в течение двух лет, предпочтительно в течение приблизительно восемнадцати месяцев, более предпочтительно в течение приблизительно одного года.
2
2
2
2
2
2
2
Упаковки в соответствии с первыми двумя аспектами в соответствии с настоящим изобретением и вторая упаковка в соответствии с третьим аспектом в соответствии с настоящим изобретением имеют MVTR менее чем приблизительно 10 грамм на квадратный метр в день (г/м/день), предпочтительно менее чем приблизительно 5 г/м/день, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 г/м/день, даже более предпочтительно менее чем приблизительно 1 г/м/день, еще более предпочтительно менее чем приблизительно 0,6 г/м/день, например менее чем приблизительно 0,4 г/м/день или менее чем приблизительно 0,2 г/м/день, при приблизительно 37°C и приблизительно 90% относительной влажности (RH).
Краткое описание чертежей
Хотя описание заканчивается формулой изобретения, конкретно указывающей и четко заявляющей объект, который рассматривают как настоящее изобретение, считается, что настоящее изобретение будет более понятным из нижеследующего описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами. Некоторые из Фигур могут быть упрощены путем пропуска выбранных элементов с целью более четкого показа других элементов. Такие пропуски элементов на некоторых Фигурах не обязательно указывают на присутствие или отсутствие конкретных элементов в любом из иллюстративных осуществлений, за исключением случаев, четко указанных в соответствующем описании. Ни один из чертежей не претендует на то, что выполнен в масштабе.
Фигура 1а показывает конструкцию, приемлемую для упаковки-саше, содержащую биоразлагаемый уплотнитель, покрытый барьерным материалом, на который наносят типографскую краску. Необязательно, типографская краска покрыта лаком.
Фигура 1b показывает конструкцию, приемлемую для упаковки-саше, содержащую полигидроксиалканоат в качестве уплотнителя, покрытого металлизированной бумагой, на который наносят типографскую краску. Необязательно, типографская краска покрыта лаком.
Фигура 2а показывает конструкцию, приемлемую для упаковки-саше, содержащую слой, состоящий из биоразлагаемого уплотнителя и барьерного материала. Типографскую краску наносят на слой, и типографская краска необязательно покрыта лаком.
Фигура 2b показывает конструкцию, приемлемую для упаковки-саше, содержащую слой, состоящий из биоразлагаемого уплотнителя и барьерного материала. Биоразлагаемый уплотнитель покрыт барьерным материалом, на который наносят типографскую краску. Типографская краска необязательно покрыта лаком.
Фигура 3а показывает изделие, содержащее конструкцию, приемлемую для упаковки-саше, которая состоит из биоразлагаемого уплотнителя, на который наносят типографскую краску. Необязательно, типографская краска покрыта лаком. Конструкция заключена во вторую большую упаковку.
Фигура 3b показывает изделие, содержащее множество конструкций, приемлемых для упаковок-саше, состоящих из биоразлагаемого уплотнителя, на который наносят типографскую краску. Множество конструкций заключены во вторую большую упаковку.
Подробное описание изобретения
В настоящее время было обнаружено, что могут быть произведены биоразлагаемые упаковки-саше, которые выдерживают производственный процесс, имеют длительный срок сохраняемости, а когда их выбрасывают в открытой среде, разлагаются в течение короткого периода времени на фрагменты, достаточно небольшие по размеру, чтобы проходить через сито на 1 мм после первого и непрерывного воздействия воды и микроорганизмов, разлагающих уплотнитель. Упаковки-саше в соответствии с настоящим изобретением преимущественно не требуют промышленных условий компостирования для разложения. Дополнительно, они состоят из одного слоя подложки с покрытием и не требуют дорогостоящих многочисленных стадий ламинирования различных слоев материалов. Относительно длительный срок сохраняемости упаковок-саше в соответствии с настоящим изобретением позволяет их хранить или транспортировать в течение длительного периода времени без снижения физической и химической целостности упаковки-саше, даже если они содержат жидкие потребительские товары. Относительно быстрое биоразложение упаковок-саше приводит к значительному снижению экологических нагрузок. Пленки, которые используют для производства упаковок-саше в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно могут быть использованы для формирования других изделий, таких как, например, мешки для мусора, компоненты подгузников, средств при недержании, изделий для женской гигиены, упаковки для пищевых продуктов, труб, запасных блоков и стоячих пакетов. Дополнительно, пленки, которые используют для производства упаковок-саше в соответствии с настоящим изобретением, меньше зависят от сырья на нефтяной основе, чем полиолефиновые пленки, которые традиционно используют. Таким образом, упаковки-саше в соответствии с настоящим изобретением могут приводить к сокращению выбросов углерода по сравнению традиционными упаковками-саше.
2
2
Упаковки-саше в соответствии с настоящим изобретением состоят из разлагаемых пленок, которые могут включать уплотнитель и барьерный материал. Уплотнитель в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает объемные, термосварные и барьерные свойства защиты. Барьерный материал уменьшает скорость проницаемости водяных паров (MVTR) в или из упаковки, хотя и позволяет ее биоразложение. Барьерный материал может также служить для ограничения диффузии через стенку упаковки любых видов диффузии. Неограничивающие примеры видов диффузии включают О, СО, отдушку и ароматизатор. Удивительно, но конкретное сочетание уплотнителя и барьерного материала в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает приемлемо длительный срок сохраняемости упаковки-саше, защиту содержимого упаковки-саше от внешней среды, и относительно низкую скорость проникновения водяных паров в упаковку-саше, а также позволяет упаковке-саше претерпевать разложение после первого и непрерывного воздействия воды и микроорганизмов, разлагающих уплотнитель, менее чем за два года, предпочтительно менее чем приблизительно за восемнадцать месяцев, более предпочтительно менее чем приблизительно за один год.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к упаковке, представленной на Фигуре 1а. В данном аспекте упаковка содержит биоразлагаемый уплотнитель, покрытый барьерным материалом, на который наносят типографскую краску. Необязательно, типографская краска покрыта лаком.
Уплотнитель в данном аспекте в соответствии с настоящим изобретением может быть любым биоразлагаемым полимером. В некоторых осуществлениях уплотнитель выбран из группы, состоящей из полигидроксиалканоата (РНА), РНА покрытой бумаги, РНА покрытой вакуум-металлизированной бумаги, вакуум-металлизированного РНА, поливинилового спирта, алифатических ароматических сложных полиэфиров (например, ECOFLEX от BASF), термопластичных крахмальных пленок (например, MATER-BI™ от Novamont или PLANTIC пленок от Plantic), полибутиленсукцината и его сополимеров (например, BIONOLLE от Showa Highpolymer Co.), пленок на основе крахмала и их смесей. Неограничивающие примеры бумаги могут включать мелованную бумагу для художественной печати (то есть бумагу с покрытием), крафт-бумагу, каландрированный лист, рисовую бумагу, кросс-бумагу и картон. Добавление бумаги к уплотнителю добавляет объем и жесткость уплотнителю, а также может улучшить поверхность для печати. В некоторых предпочтительных осуществлениях уплотнитель выбран из группы, состоящей из РНА, РНА покрытой бумаги и их смесей. Например, уплотнитель представляет собой РНА.
st
РНА может быть получен как сополимеры, коммерциализованные как классы пленок для экструзии и раздувания от Shenzhen Ecomann Biotechnology Co., Meridian, Inc., который производит поли(бета-гидроксиалканоат), поли(3-гидроксибутират-ко-3-гидроксивалерат (NODAX™), или Metabolix, который производит MIREL™. Неограничивающие примеры РНА сополимеров включают описанные в патенте США №5,498,692. Другие РНА сополимеры могут быть синтезированы способами, известными специалисту в данной области техники, например, из микроорганизмов, полимеризацией с раскрытием цикла бета-лактонов, дегидратацией-поликонденсацией гидроксиалканоевой кислоты и деалкоголизацией-поликонденсацией алкилового эфира гидроксиалканоевой кислоты, как описано в Volova, «Polyhydroxyalkanoates - Plastic Materials of the 21 Century: Production, Properties, and Application, Nova Science Publishers, Inc., (2004), включенном в данную заявку путем ссылки.
Уплотнитель в данном аспекте в соответствии с настоящим изобретением присутствует при толщине от приблизительно 12 мкм до приблизительно 100 мкм, предпочтительно от приблизительно 25 мкм до приблизительно 75 мкм, более предпочтительно от приблизительно 30 мкм до приблизительно 50 мкм. Например, если упаковка вмещает жидкость, уплотнитель присутствует при толщине от приблизительно 30 мкм до приблизительно 50 мкм; и если упаковка вмещает порошок, уплотнитель присутствует при толщине от приблизительно 25 мкм до приблизительно 40 мкм. Толщина уплотнителя, барьерного материала, подложки и/или слоя в любом аспекте в соответствии с настоящим изобретением может быть определена любым способом, известным специалисту в данной области техники, например при помощи стандартных калибров. Более тонкий уплотнитель приводит к упаковке с более быстрой скоростью биоразложения, но с более высокой скоростью проницаемости водяных паров (MVTR), уменьшенной целостностью конструкции и более коротким сроком сохраняемости. Более толстый уплотнитель приводит к упаковке с более низкой MVTR и повышенной целостностью конструкции, но более медленной скоростью биоразложения. Необязательно, уплотнитель включает наполнитель в количестве от приблизительно 1 об. % до приблизительно 30 об. %, исходя из общего объема уплотнителя. Неограничивающие примеры наполнителя включают графен, оксид графена, карбонат кальция, наноглины и воски.
Полярность РНА и бумаги обычно приводит к хорошему соединению, и это не требует улучшения. В некоторых осуществлениях, если уплотнитель является РНА или РНА покрытой вакуум-металлизированной бумагой, однако ангидрид- или кислота-модифицированные этилен- и пропилен-гомо- и сополимеры могут необязательно быть использованы в качестве экструдируемых адгезивных слоев, как описано в заявке на патент США №2009/0191371, которая включена в данную заявку путем ссылки, для улучшения соединения РНА со слоями бумаги. Точные составы адгезивных слоев определяют в зависимости от конкретных составов прилегающих слоев для соединения в многослойную конструкцию. Специалист в области полимеров может выбрать соответствующий адгезивный слой на основе других материалов, используемых в конструкции. Составы адгезивных слоев, например клеи-расплавы, клеи на основе растворителей и клеи на водной основе, являются приемлемыми.
РНА также может быть ламинирован на бумагу или фольгу, как описано в патентной заявке США №2009/0191371. Ламинирование включает наложение расплавленного экрана адгезивного состава между подложкой и РНА пленкой, которая движется с высокой скоростью (обычно от приблизительно 100 до приблизительно 1000 футов в минуту, предпочтительно от приблизительно 300 до приблизительно 800 футов в минуту), когда они вступают в контакт с холодным (замороженным) валком. Расплавленный экран формируется путем экструзии адгезивного состава через щелевую экструзионную головку. Адгезивные составы на основе растворов могут также использоваться для приклеивания пленки на подложку.
Неограничивающие примеры адгезива могут включать акриловое соединение, поливинилацетат и другие обычно используемые адгезивные соединительные слои, приемлемые для полярных материалов. В некоторых осуществлениях адгезив является возобновляемым адгезивом, таким как BioTAK от Berkshire Labels.
Точный состав и толщина барьерного материала в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением определяется целевым использованием упаковки и чувствительностью потребительского товара в упаковке к набору или потере определенного материала. Например, если упаковка вмещает шампунь, критическое количество потери воды из шампуня будет серьезно влиять на его производительность. На основании прогнозируемого времени, в течение которого упаковка, как ожидается, останется в торговле, определяют желаемый срок сохраняемости или срок годности. При известном приемлемом количестве потери воды, продолжительности нахождения в торговле и размере упаковки должно быть определено приемлемое движение воды. Состав барьерного материала и толщину барьера затем выбирают в зависимости от конкретных критериев производительности и характеристик каждого потребительского товара, который заключен в упаковке.
Барьерный материал в данном аспекте в соответствии с настоящим изобретением выбран из группы, состоящей из металла, оксида металла, наноглины и их смеси. В некоторых осуществлениях, если барьерный материал представляет собой металл или оксид металла, его выбирают из группы, состоящей из алюминия, оксида алюминия, оксида кремния, алмазоподобного углерода (DLC) и их смесей. В некоторых предпочтительных осуществлениях металл является вакуум-металлизированным алюминием. В некоторых осуществлениях, если барьерный материал представляет собой наноглину, то наноглину выбирают из группы, состоящей из монтмориллонита, вермикулитных пластинок и их смесей. Барьерный материал имеет поверхностную энергию, которая составляет, по меньшей мере, приблизительно 38 дин/см, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 42 дин/см, или барьерный материал может быть обработан с получением желаемой поверхностной энергии с использованием методов, известных специалисту в данной области техники, таких как обработка коронным разрядом. Поверхностная энергия барьерного материала может быть определена любым способом, известным специалисту в данной области техники. Если поверхностная энергия составляет менее чем приблизительно 38 дин/см, барьерный материал не примет типографские краски на поверхности. Барьерный материал присутствует при толщине от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм, предпочтительно от приблизительно 200 Å до приблизительно 9 мкм.
В одном осуществлении данного аспекта в соответствии с настоящим изобретением разлагаемый уплотнитель представляет собой РНА и барьерный материал является металлизированной бумагой, как показано на Фигуре 1b.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к упаковке, представленной на Фигуре 2а. В данном аспекте упаковка включает слой, состоящий из биоразлагаемого уплотнителя и барьерного материала, выбранного из группы, состоящей из полигликолевой кислоты (PGA), полиолефина, наполнителя и их смеси. Типографскую краску наносят на слой, и типографская краска необязательно покрыта лаком. В некоторых осуществлениях слой необязательно покрыт барьерным материалом, как показано на Фигуре 2b.
Уплотнитель в данном аспекте в соответствии с настоящим изобретением может быть любым биоразлагаемым полимером. В некоторых осуществлениях данного аспекта в соответствии с настоящим изобретением уплотнитель является таким, как описано в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением.
Барьерный материал слоя данного аспекта в соответствии с настоящим изобретением выбран из группы, состоящей из полигликолевой кислоты (PGA), полиолефина (например, полиэтилена, полипропилена) и их смесей. Как используют в данной заявке, термин «полиолефин» относится к свежему полиолефину на нефтяной основе, переработанному потребителем полиолефину, промышленно переработанному полиолефину, полиолефину, полученному из возобновляемого ресурса (т.е. полученному природным процессом при скорости, сравнимой с его скоростью потребления, например, из растений, животных, рыб, бактериальных, грибковых и лесных продуктов) или их смеси. В некоторых осуществлениях данного аспекта в соответствии с настоящим изобретением барьерный материал является наполнителем, выбранным из группы, состоящей из наноглины, графена, оксида графена, карбоната кальция, воска и их смесей. Неограничивающие примеры наноглины включают монтмориллонит, вермикулитные пластинки и их смеси. В некоторых предпочтительных осуществлениях барьерный материал выбран из группы, состоящей из наноглины или оксида графена.
Барьерный материал присутствует в количестве от приблизительно 1 об. % до приблизительно 40 об. %, предпочтительно от приблизительно 5 об. % до приблизительно 40 об. %, более предпочтительно от приблизительно 5 об. % до приблизительно 20 об. %, исходя из общего объема слоя. Большее количество барьерного материала приводит к повышенной целостности конструкции и уменьшенной MVTR, но может иметь более низкую скорость разложения.
Слой имеет толщину от приблизительно 25 мкм до приблизительно 100 мкм, предпочтительно от приблизительно 30 мкм до приблизительно 60 мкм. Например, если упаковка вмещает жидкость, то слой присутствует при толщине от приблизительно 40 мкм до приблизительно 60 мкм. Если упаковка вмещает порошок, то слой присутствует при толщине от приблизительно 25 мкм до приблизительно 50 мкм. Более тонкий слой приводит к упаковке с более быстрой скоростью биоразложения, но более высокой MVTR, уменьшенной целостностью конструкции и более коротким сроком сохраняемости. Более толстый слой приводит к упаковке с более низкой MVTR и повышенной целостностью конструкции, но более низкой скоростью биоразложения. Слой имеет поверхность с энергией, по меньшей мере, приблизительно 38 дин/см, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 42 дин/см, или которая может быть обработана с получением желаемой поверхностной энергии с использованием методов, известных специалисту в данной области техники, таких как обработка коронным разрядом. Если поверхностная энергия составляет менее чем приблизительно 38 дин/см, слой не будет принимать типографские краски на поверхность. Иллюстративные осуществления состава слоя включают PHA/PGA, РНА/наноглину, РНА/графен, РНА/оксид графена и РНА/полиолефин.
Слой в данном аспекте в соответствии с настоящим изобретением может необязательно быть покрыт барьерным материалом, как показано на Фигуре 2b, состав и толщина которого являются такими, как описано выше в данной заявке в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к изделию, представленному на Фигуре 3а. В данном аспекте изделие содержит первую упаковку, которая состоит из биоразлагаемого уплотнителя, на который наносят типографскую краску. Необязательно, типографская краска покрыта лаком. Первая упаковка заключена во вторую большую упаковку.
Состав и толщина уплотнителя первой упаковки являются такими, как описано выше в данной заявке в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением. Вторая упаковка состоит из подложки, которая имеет толщину от приблизительно 12 мкм до приблизительно 200 мкм. Неограничивающие примеры подложки второй упаковки включают полиэтилентерефталат, полиолефины (например, полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности, полипропилен, двуосноориентированный полипропилен), металлизированный полиолефин (например, металлизированный полиэтилен высокой плотности, металлизированный полиэтилен низкой плотности, металлизированный полипропилен, металлизированный двуосноориентированный полипропилен), металлизированный полиэтилен терефталат и алюминий. Толщина подложки зависит от ее состава и желаемых барьерных свойств. Специалист в данной области техники может легко определить необходимую толщину подложки, исходя из стандартной промышленной информации. Необязательно, подложка содержит барьерный материал, покрывающий подложку при толщине от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм, предпочтительно от приблизительно 200 Å до приблизительно 9 мкм, как описано выше в данной заявке в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением. Дополнительно или альтернативно, подложка необязательно дополнительно содержит биоразлагаемый уплотнитель, как описано выше в данной заявке в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением.
Альтернативно, вторая упаковка состоит из биоразлагаемого уплотнителя, который имеет толщину от приблизительно 12 мкм до приблизительно 100 мкм, и который покрыт барьерным материалом, который имеет толщину от приблизительно 200 Å до приблизительно 50 мкм, как описано выше в данной заявке в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением. В качестве другой альтернативы вторая упаковка состоит из слоя, который имеет толщину от приблизительно 12 мкм до приблизительно 100 мкм. Данный слой включает биоразлагаемый уплотнитель и барьерный материал в количестве от приблизительно 1 об. % до приблизительно 40 об. %, исходя из общего объема слоя, как описано выше в данной заявке во втором аспекте в соответствии с настоящим изобретением.
Необязательно, множество первых упаковок содержится в одинарной второй упаковке, как показано на Фигуре 3b. Например, рулон небольших упаковок-саше заключен в больший барьерный пакет, обеспечивающий барьер всему рулону набольших упаковок-саше. Таким образом, требования к барьеру могут быть полезным образом устранены из многочисленных небольших упаковок-саше, поскольку они обеспечены одинарной большей упаковкой.
Во всех аспектах в соответствии с настоящим изобретением типографская краска, которую наносят, может быть как на основе растворителя, так и на водной основе. В некоторых осуществлениях типографская краска обладает высокой абразивной устойчивостью. Например, типографская краска высокой абразивной устойчивости может включать покрытия, отвержденные ультрафиолетовым излучением (УФ) или электронными пучками (ЕВ). В некоторых осуществлениях типографскую краску получают из нефтяных источников. В некоторых осуществлениях типографскую краску получают из возобновляемых ресурсов, таких как соя, растения или их смесь. Неограничивающие примеры типографских красок включают ECO-SURE!™ от Gans Ink & Supply Со. и типографские краски на основе растворителей VUTEk и BioVu™ от EFI, которые получены полностью из возобновляемых ресурсов (например, кукурузы). Типографская краска присутствует при толщине от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 20 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, более предпочтительно от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 3,5 мкм.
Необязательный лак во всех аспектах в соответствии с настоящим изобретением функционирует для защиты слоя типографской краски от ее физической и химической среды. В некоторых осуществлениях лак выбран из группы, состоящей из смолы, добавки и растворителя/воды. В некоторых предпочтительных осуществлениях лак является лаком на нитроцеллюлозной основе. Лак составляют для оптимизации прочности и обеспечения глянцевого или матового внешнего покрытия. Лак присутствует при толщине до приблизительно 25 мкм, предпочтительно до приблизительно 5 мкм. Количество присутствующего лака влияет на скорость разложения всей упаковки, а не скорость разложения самого лака. Таким образом, более тонкий слой лака приводит к более быстрой скорости биоразложения всей упаковки.
В некоторых осуществлениях биоразлагаемые упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением по существу свободны от оксо-биоразлагаемых добавок (то есть менее чем приблизительно 1 мас. %, исходя из общей массы упаковки или изделия). Как описано выше в данной заявке, оксо-биоразлагаемые добавки состоят из переходных металлов, которые теоретически способствуют окислению и разрыву цепи в пластмассах при воздействии тепла, воздуха, света или их смеси. Хотя укороченные полимерные цепи теоретически могут потребляться микроорганизмами, найденными в среде утилизации и использованы в качестве источника пищи, нет никаких данных, подтверждающих, как долго эти фрагменты пластмассы будут сохраняться в почве или морской среде, или происходит ли биоразложение этих фрагментов вообще.
В некоторых осуществлениях биоразлагаемые упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением содержат потребительский товар, такой как жидкость или порошок. Как используют в данной заявке, «потребительский товар» относится к материалам, которые используют для ухода за волосами, косметического ухода, ухода за полостью рта, ухода за здоровьем, личной гигиены и бытовой очистки, например. Неограничивающие примеры потребительских товаров включают шампунь, кондиционер, мусс, мыло для лица, мыло для рук, мыло для тела, жидкое мыло, брусковое мыло, увлажнитель, лосьон для кожи, лосьон для бритья, зубную пасту, зубной эликсир, гель для волос, дезинфицирующее средство для рук, моющее средство для стирки, средство для мытья посуды, средство для мытья посуды в посудомоечной машине, косметику и лекарственные средства, отпускаемые без рецепта. Упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением устойчивы к потребительскому товару. Как используют в данной заявке, «устойчивый» относится к способности упаковок и изделий сохранять их механические свойства и фотошаблоны на поверхности, как разработано, без разложения при взаимодействии с потребительским товаром и диффузии потребительского товара через материал упаковки.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Срок сохраняемости
Упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением имеют срок сохраняемости, по меньшей мере, приблизительно один год, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два года, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно три года. Как используют в данной заявке, «срок сохраняемости» относится к периоду времени, когда упаковка или изделие в соответствии с настоящим изобретением сохраняет свои оригинальные целевые свойства конструкции без ухудшения или становясь непригодными для использования. Во время срока сохраняемости упаковки или изделия в соответствии с настоящим изобретением, физическую и химическую целостность упаковки и изделия сохраняют во время всего хранения, перевозки и использования потребителем. Упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением поддерживают вышеописанные сроки сохраняемости, когда они пустые или заполнены потребительским товаром, таким как жидкость или порошок.
Срок сохраняемости упаковки или изделия в соответствии с настоящим изобретением может быть проверен путем размещения упаковки или изделия при постоянной температуре, постоянной влажности в комнате для ускорения старения. Данные этих исследований могут быть использованы для прогнозирования долгосрочных сроков стабильности и химических влияний в неускоренных условиях, таких как условия перевозки. Эти данные могут быть использованы, чтобы установить срок сохраняемости с 80% доверительными пределами, используя вычисления Аррениуса или другие приемлемые методы анализа. Например, скорость старения может быть ускорена в два раза для каждого повышения температуры на десять градусов Цельсия. Упаковку или изделие помещают в комнате при 50% относительной влажности (RH) и 55°C в течение двух месяцев, что эквивалентно упаковке или изделию при 50% RH и 25°C в течение 16 месяцев. После ускоренного процесса старения упаковку или изделие проверяют на потерю массы и утечку, и фотошаблоны проверяют на обесцвечивание, протечку и тому подобное. Соответствующие механические свойства также испытывают. Если упаковка или изделие являются такими же, как контрольная упаковка или изделие, которые не подвергаются воздействию температуры и влажности, то упаковка или изделие считаются стабильными. Если упаковка или изделие имеет физические свойства или внешний вид, которые хуже приемлемого уровня потребителя, то упаковка или изделие считаются неудачными.
Биоразложение
После использования упаковки или изделия в соответствии с настоящим изобретением, например, потребителем их выбрасывают в открытой среде (то есть непромышленные условия компостирования). После первого и непрерывного воздействия воды и микроорганизмов, разлагающих уплотнитель, упаковки в соответствии с первыми двумя аспектами в соответствии с настоящим изобретением, и первая упаковка в соответствии с третьим аспектом в соответствии с настоящим изобретением разлагаются на фрагменты, которые достаточно малы, чтобы пройти через сито на один миллиметр, предпочтительно через сито на 0,75 мм, более предпочтительно через сито на 0,5 мм, например, через сито на 0,25 мм, в течение двух лет, предпочтительно менее чем в течение приблизительно восемнадцати месяцев, более предпочтительно менее чем в течение приблизительно одного года. Как используют в данной заявке, «микроорганизм» определяют как организм, который слишком мал, чтобы увидеть его невооруженным глазом, такой как бактерии, грибы, архебактерии и простейшие. Например, если упаковка или изделие в соответствии с настоящим изобретением состоят из РНА, то они могут быть деполимеризованы ферментами микробного происхождения.
Микроорганизмы секретируют специфичные РНА деполимеразы, которые гидролизуют полимер внеклеточно в водорастворимые продукты. Неограничивающие примеры бактерий, о которых сообщали как о разлагающих PHAs, включают бактерии родов Bacillus, Pseudomonas (например, Pseudomonas lemoignei), и Streptomyces. Другие РНА-разлагающие бактерии могут быть найдены в таблице 1 на стр. 454 Jendrossek et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 46: 451-463 (1996), включенном в данную заявку путем ссылки. РНА разлагающие бактерии присутствуют практически во всех наземных и водных экосистемах. Неограничивающие примеры грибов, которые разлагают РНА, включают Ascomycetes, Basidiomycetes, Beuteromycetes, Mastigiomycetes, Myxomycetes, Zygomycetes, как описано в упомянутой выше статье Jendrossek et al.
Во время разложения соединения углерода в упаковках и изделиях в соответствии с настоящим изобретением подвергаются минерализации, а неорганический материал является диспергированным. Как используют в данной заявке, «минерализация» является преобразованием соединений углерода в диоксид углерода, метан или их смесь. Минерализация может быть определена путем измерения количества органического углерода в упаковке или изделии, которое преобразуется в диоксид углерода, метан или их смесь. Как используют в данной заявке, «диспергированный» относится к неорганическому материалу, разрушенному на мелкие фрагменты, способные проходить через сито определенного размера (например, 1 мм).
Фотодобавки
Дополнительно, определенные добавки могут быть добавлены, чтобы регулировать разложение полимеров для удовлетворения способности к разложению, указанной в настоящем изобретении. Например, многочисленные добавки известны как регулирующие разложение полимеров с или без инициирования некоторыми внешними стимулами (например, воздействием света), как описано в патенте США 2010/0222454 А1, US 2004/0010051 A1, US2009/0286060 A1 и ссылках, приведенных в них. Дополнительно, Photodegradation, Photooxidation, and Photostabilization of Polymers от Ranby и Rabek описывают фоторазлагающие материалы.
He желая быть связанными теорией, один из примеров таких добавок (генераторов фотокислоты или фотооснования) регулирует местное pH в ответ на воздействие определенных длин волн света, что приводит к гидролизу сложного полиэфира. После того как эти полимеры гидролизуются до более низкой молекулярной массы, они действительно биоразлагаются микроорганизмами.
Скорость проницаемости водяных паров
Упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением имеют скорость проницаемости водяных паров (MVTR), что сводит к минимуму перенос влаги через упаковку или изделие либо во внешнюю среду или в потребительский товар внутри упаковки. MVTR имеет постоянную стационарную скорость, при которой водяной пар проникает через пленку при определенных условиях температуры и относительной влажности, и может быть определена с использованием стандарта ASTM F1249. Когда потребительский товар является жидкостью, MVTR упаковки или изделия предотвращает потерю влаги из жидкости во внешнюю среду. Когда потребительский товар является порошком, MVTR упаковки или изделия предотвращает поглощение влаги порошком из внешней среды.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Упаковка или изделие в соответствии с настоящим изобретением имеет MVTR менее чем приблизительно 10 грамм на квадратный метр в день (г/м/день), предпочтительно менее, чем приблизительно 5 г/м/день, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 г/м/день, даже более предпочтительно менее чем приблизительно 1 г/м/день, еще более предпочтительно менее чем приблизительно 0,6 г/м/день, например менее чем приблизительно 0,4 г/м/день или менее чем приблизительно 0,2 г/м/день, при приблизительно 37°C и приблизительно 90% относительной влажности (RH). В некоторых осуществлениях, если упаковка или изделие в соответствии с настоящим изобретением вмещает порошок, то MVTR составляет менее чем приблизительно 10 г/м/день, предпочтительно менее чем приблизительно 5 г/м/день, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 г/м/день, например менее чем приблизительно 1 г/м/день при приблизительно 37°C и приблизительно 90% RH. В некоторых осуществлениях, если упаковка или изделие в соответствии с настоящим изобретением вмещает жидкость, то MVTR составляет менее чем приблизительно 2 г/м/день, предпочтительно менее чем приблизительно 1 г/м/день, более предпочтительно менее чем приблизительно 0,6 г/м/день, например менее чем приблизительно 0,4 г/м/день или менее чем приблизительно 0,2 г/м/день при приблизительно 37°C и приблизительно 90% RH. MVTR упаковок и изделий в соответствии с настоящим изобретением можно регулировать путем регулирования состава и толщины уплотнителя и барьерного материала упаковки или изделия. Например, MVTR уменьшается с увеличением толщины уплотнителя и, в частности, при возрастании барьерного материала.
Упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением не имеют посторонних запахов, а также их можно охарактеризовать, по меньшей мере, одной из следующих характеристик: модуль упругости при растяжении, кинетический коэффициент трения, температура начала термоскрепления, прочность термоскрепления и сопротивление разрыву. Как используют в данной заявке, «не имеют посторонних запахов» относится к заметным ароматам, которые могут быть в любом случае неприятными для потребителя.
Модуль упругости при растяжении
Модуль упругости при растяжении является напряжением, деленным на деформацию в линейной области кривой деформации напряжения. В некоторых осуществлениях модуль упругости при растяжении упаковок и изделий в соответствии с настоящим изобретением может быть определен в соответствии со стандартом ASTM D882, используя пленку шириной 15,0 или 25,4 мм, сцепление разрыва приблизительно 50 мм и скорость сжатия приблизительно 300 м/мин. В некоторых осуществлениях упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением имеют модуль упругости при растяжении от приблизительно 140 МПа до приблизительно 4140 МПа. Если модуль упругости при растяжении упаковки или изделия в соответствии с настоящим изобретением является слишком низким, то искажения при печати будут наблюдаться потребителем в процессе упаковки.
Кинетический коэффициент трения
Кинетический коэффициент трения является безразмерным скалярным значением, описывающим отношение силы трения между двумя телами в движении относительно друг друга и силы сжимания их вместе. Кинетический коэффициент трения может быть определен в соответствии со стандартом ASTM D1894. В некоторых осуществлениях упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением имеют кинетический коэффициент трения не более чем приблизительно 0,75, предпочтительно не более чем приблизительно 0,5, между внешними поверхностями упаковки или изделия, и от приблизительно 0,20 до приблизительно 0,75, предпочтительно от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5, между внутренними поверхностями упаковки. Если кинетический коэффициент трения слишком высокий, то пленка является слишком липкой, чтобы ее формировать в упаковку-саше.
Температура начала термоскрепления
Температура начала термоскрепления является минимальной температурой герметичного скрепления, при которой прочность на разрыв герметичного скрепления достигает значения 4 N. Температура начала термоскрепления может быть определена в соответствии со стандартом ASTM F88, с использованием пленки шириной 15,0 или 25,4 мм, времени задержки приблизительно 0,5 секунд, давления приблизительно 2,5 бар и скорости сжатия приблизительно 200 мм/мин. В некоторых осуществлениях упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением демонстрируют температуру начала термоскрепления не более чем приблизительно 120°C, предпочтительно не более чем 110°C. Если температура начала термоскрепления слишком высокая, это замедляет упаковочный цикл.
Прочность термоскрепления
Прочность термоскрепления является пиковой силой, при которой герметичное скрепление один дюйм шириной может быть разделено. Прочность термоскрепления может быть измерена в соответствии со стандартом ASTM F88, с использованием вырезанных полос длиной 15 или 25,4 мм, давления приблизительно 2,5 бар, времени наблюдения приблизительно 0,5 секунды, скорости сжатия 200 мм/мин и температуры приблизительно 180°C. В некоторых осуществлениях упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением проявляют прочность термоскрепления, по меньшей мере, приблизительно 2000 Н/м, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3000 Н/м, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4000 Н/м. Если прочность термоскрепления является слишком низкой, то содержимое может вытечь из упаковки.
Сопротивление разрыву
Сопротивление разрыву является способностью упаковки или изделия противостоять разрыву. Сопротивление разрыву может быть измерено в соответствии со стандартом ASTM D1922 на материале пленки, и коррелирует со способностью потребителя легко открывать упаковку. В некоторых осуществлениях упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением должны проявлять сопротивление разрыву не более чем приблизительно 1000 мН. Если сопротивление разрыву слишком высокое, то открывание упаковки может быть слишком трудным для потребителя.
Светостабильность
Светостабильность является способностью упаковки или изделия в соответствии с настоящим изобретением сохранять свои оригинальные целевые свойства конструкции без ухудшения или они становятся непригодными для использования, при воздействии света (например, 320-800 нм). Воздействие света включает воздействие ближнего УФ и видимого излучения, имитирующие условия производства, упаковки, распределения, розничной торговли и бытового хранения. Источники света (ближнего УФ и видимого) могут быть тестированы вместе с использованием одного лампового источника для ближнего УФ и видимого (например, ксеноновые дуговые, галогенид металлов и искусственные флуоресцирующие дневного света) или отдельно с использованием отдельных ламповых источников ближнего УФ-диапазона (например, флуоресцентные УФА) и видимого (например, прохладно, белые флуоресцентные), которые тестируют одновременно или последовательно. Минимальные пределы воздействия включают 200 ватт часов/квадратный метр ближнего УФ-излучения и 1,2 миллиона люкс-часов видимого излучения.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
nd
Пленки, которые используют для производства упаковок и изделий в соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены обычными способами, для получения многослойных пленок на обычном оборудовании для получения соэкструдированных пленок. См., например, патенты США №5,391,423 и 5,939,467, каждый из которых включен в данную заявку путем ссылки. В целом, полимеры могут быть переработаны в пленки с использованием литых или раздувных методов экструзии пленок. См., например, Griff, «Plastics Extrusion Technology», 2 Ed., Van Nostrand Reinhold, 1976, который включен в данную заявку путем ссылки. Литую пленку экструдируют через линейную щелевую экструзионную головку. Как правило, плоское полотно охлаждают на большом движущемся полированном металлическом валке. Пленка отслаивается от этого первого валка, проходит над одним или несколькими вспомогательными охлаждающими валками, через набор обрезиненных вытягивающих или «тянущих» валков, а затем на намотку.
При экструзии пленки с раздувом расплав экструдируют вверх через тонкое кольцевое отверстие головки, процесс называется экструзия трубчатых пленок. Воздух входит через центр головки для надувания трубки, что приводит к ее расширению. Возникает движущийся пузырь, который сохраняет постоянный размер, контролируя внутреннее давление воздуха. Трубка пленки охлаждается путем продувки воздуха через одно или более охлаждающих колец, окружающих трубку. Затем трубку сжимают, протягивая ее в плоскую раму через пару вытягивающих валков и в намотку.
Оба процесса литой пленки и раздувной пленки могут быть использованы для получения либо однослойных, либо многослойных конструкций пленок. Производство однослойных пленок из одного термопластичного материала или смеси термопластичных компонентов требует только одного экструдера и единичной распределительной головки. Если конкретная пленка требует смеси (например, уплотнитель/барьерный материал, уплотнитель/наполнитель), гранулы компонентов сначала могут быть смешаны в сухом виде и затем смешаны в расплаве в экструдере, подающем этот слой. Альтернативно, если имеет место недостаточное смешение в экструдере, гранулы могут быть сначала смешаны в сухом виде и затем смешаны в расплаве в пре-смешивающем экструдере, с последующим повторным гранулированием до экструзии пленки.
Процессы коэкструзии используют для производства многослойных пленок. Такие процессы требуют более одного экструдера и либо коэкструзионный блок подачи, либо систему нескольких распределительных головок или комбинацию их обоих, для достижения многослойной конструкции пленки. Принцип блока подачи коэкструзии описан в патентах США №№4,152,387 и 4,197,069, каждый из которых включен в данную заявку путем ссылки. Множество экструдеров подключено к блоку подачи, который использует подвижные делители потока для пропорционального изменения геометрии каждого отдельного проточного канала в прямой зависимости от объема полимера, проходящего через проточные каналы. Проточные каналы проектируют таким образом, чтобы материалы текли вместе с той же скоростью потока и давлением в точке их слияния, исключающей межфазное напряжение и нестабильность потока. После того, как материалы соединяют в блоке подачи, они текут в единичную распределительную головку как композитная структура. Вязкости расплава и температуры расплава материалов не должны слишком сильно отличаться, в противном случае нестабильность потока может привести к головке с плохим контролем распределения толщины слоев в многослойной пленке, как описано в патенте США №5,498,692.
Альтернативой коэкструзионного блока подачи является многораспределительная или лопастная головка, как описано в вышеупомянутых патентах США №4,152,387, 4,197,069 и в патенте США №4,533,30, включенных в данную заявку путем ссылки. В то время как в системе блока подачи потоки расплава собираются вместе снаружи, и перед входом в корпус головки, в многораспределительной или лопастной головке каждый поток расплава имеет собственную распределительную гребенку в головке, где полимеры распространяются независимо в их соответствующие распределительные гребенки. Потоки расплава объединяются вблизи выхода из головки, и каждый поток расплава имеет полную ширину головки. Подвижные лопасти обеспечивают настройку щели каждого проточного канала прямо пропорционально объему материала, протекающего через него, что позволяет расплавам течь вместе с той же линейной скоростью потока, давлением и желаемой шириной. Так как свойства потока расплава и температуры расплава обрабатываемых материалов могут изменяться в широких пределах, использование лопастной головки имеет несколько преимуществ. Головка пригодна по отношению к отдельным термическим характеристикам, где материалы с сильно различными температурами расплава, например вплоть до 80°C, могут быть обработаны вместе.
Каждая распределительная гребенка в лопастной головке может быть спроектирована и изготовлена соответственно конкретному полимеру. Это позволяет материалам со значительно различными вязкостями расплава быть коэкструдированными в многослойные пленки. Дополнительно, лопастная головка также обеспечивает возможность приспособить ширину отдельных распределительных гребенок таким образом, что внутренний слой может быть полностью окружен нерастворимыми в воде материалами, не оставляя открытые края, которые чувствительны к воде. Вышеупомянутые патенты также раскрывают совместное использование систем блока подачи и лопастных головок для получения более сложных многослойных конструкций.
Пленки, которые получают вышеупомянутыми процессами, могут быть преобразованы в упаковки и изделия в соответствии с настоящим изобретением, используя процесс формирования-заполнения-герметичного скрепления. Традиционный процесс обычно включает три последовательные стадии, где упаковку или изделие формируют из конструкции пленки, заполняют, а затем герметично скрепляют или закрывают, как описано в патенте США №6,293,402, который включен в данную заявку путем ссылки. В способах термоскрепления существует диапазон температур, выше которого герметичное скрепление будет сожжено, и ниже которой герметичное скрепление не будет достаточно прочным.
Герметичные скрепления обеспечивают любыми средствами герметичного скрепления, известными специалисту в данной области техники. Герметичное скрепление может включать нанесение непрерывно нагретого элемента на пленку, а затем удаление элемента после герметичного скрепления. Нагревательный элемент может быть горячим стержнем, который включает тиски или нагретые колеса, которые вращаются. Различные типы герметичных скреплений включают сварные швы, соединяющие края материала, и перекрывающиеся скрепления.
Однорядный процесс
Известный однорядный процесс герметичного скрепления с использованием вертикальной формы и заполняющей машины описан в патенте США №4,521,437, включенном в данную заявку путем ссылки. В этом процессе плоское полотно из термопластичной синтетической пленки разматывают из рулона и формуют в непрерывную трубку путем герметичного скрепления продольных краев пленки вместе, чтобы сформировать скрепление внахлестку (т.е. сварной шов, соединяющий края материала). Полученная в результате трубка вытягивается вертикально вниз к заправочной станции и сворачивается через поперечное сечение трубки, положение этого поперечного сечения находится на герметизирующем устройстве ниже заправочной станции. Поперечное термосварное скрепление получают при помощи герметизирующего устройства в свернутой части трубки, в результате чего получают воздухонепроницаемое герметичное скрепление по всей трубке. После получения поперечного герметичного скрепления заданный объем материала, который должен быть упакован, например текучего материала, входит в трубку на заправочной станции, и заполняет трубку вверх от вышеупомянутого поперечного герметичного скрепления. Затем трубку роняют на заданное расстояние под воздействием массы материала в трубке, а также лентопротяжного механизма на машине. Тиски герметизирующего устройства закрывают, сворачивая трубку при втором поперечном сечении, которое является указанной выше границей раздела фаз воздух/материал в трубке. Герметизирующее устройство герметично скрепляет и разрывает трубку поперек на указанном втором поперечном сечении. Заполненная материалом часть трубки теперь находится в форме упаковки-саше в виде подушки. Таким образом, герметизирующее устройство герметично скрепило верхнюю часть заполненной упаковки-саше, герметично скрепило нижнюю часть упаковки-саше для последующего формирования, и отделило заполненную упаковку-саше от упаковки-саше для дальнейшего формирования все в одной операции.
Многорядный процесс
Упаковки в соответствии с настоящим изобретением могут также быть обработаны с использованием многорядных машин для упаковки упаковки-саше, таких как VEGA PACK 300S от QuadroPack. Высокоскоростные многорядные машины для обработки упаковок-саше также описаны в патенте США №6,966,166, включенном в данную заявку путем ссылки. Машина, используемая в данном процессе, состоит из двух валков для дозирования листов разделенной на отсеки пленки одинаковых размеров, множество герметизирующих устройств подходят для такой пленки, и средства, такие как насосная станция, описаны ниже для вставки содержимого (например, жидкости, вязких материалов, других веществ) в упаковки пленки. Множество упаковок может быть получено с использованием одного или более подвижных возвратно-поступательных перевозных устройств, которые перемещаются с потоком пленки через машину, и перевозные устройства поддерживают каждую из герметизирующих станций и станций поперечного разрезания. Герметизирующие устройства применяют для всех, кроме одного из краев, формируя мешочек с полостью и отверстием. Желаемое содержимое упаковки вставляют в полость через отверстие. Отверстие затем герметично скрепляют и отделяют от пленки.
Пара валков пленки предусмотрена на станции рулона пленки. Альтернативно, резак может быть помещен в середину одного прижимного валка, чтобы разделить ширину пленки на две равные части. Листы пленки продвигают через аппарат при помощи станции втягивания колес и используют для формирования передней и задней панелей упаковки. Пленку из каждого рулона ориентируют таким образом, что два листа пленки находятся в непосредственной близости и параллельно друг другу, когда их протягивают через машину.
Герметизирующее устройство и устройство резки включают: продольные полосы герметичного скрепления для скрепления вертикальных сторон упаковки, однонаправленный валок для того, чтобы удерживать пленку на месте и чтобы она не соскользнула назад, вертикальный резак для перерезания отрывной щели в упаковке в вертикальном направлении и поперечно-уплотняющие полосы для герметичного скрепления упаковок в горизонтальном направлении.
Насосная станция состоит из множества дозаторов заливки в связи с конструкцией для хранения, содержащей потребительский товар в упаковке. Эти дозаторы способны вытягивать заранее определенное количество потребительского товара из резервуара и размещать его в полости упаковок из пленки, которые формируются в машине. В предпочтительном осуществлении насосная станция и дозаторы могут приводиться системой кулачков. Количество потребительского товара может быть изменено путем замены дозаторов (различными дозаторами, имеющими большую или меньшую мощности), изменением хода цикла работы насоса, изменением времени цикла насоса и тому подобное. Таким образом, различные количества потребительских товаров могут быть дозированы в зависимости от размера и емкости упаковок, которые будут сформированы на машине.
Предпочтительное осуществление настоящего изобретения представляет собой слой РНА уплотнителя с барьерным слоем вакуумной металлизации, который адгезивно ламинирован для оттиска с выворотной печатной формы РНА внешнего слоя.
Размеры и значения, описанные в данной заявке, не должны быть истолкованы как строго ограниченные точными указанными численными значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый такой размер предназначен для обозначения как процитированного значения, так и функционально эквивалентного диапазона, окружающего данное значение. Например, размер, описанный как «40 мм», предназначен для обозначения «приблизительно 40 мм».
Все документы, процитированные в подробном описании настоящего изобретения, в релевантной части, включены в данную заявку путем ссылки; цитирование какого-либо документа не должно быть истолковано как допущение того, что он является уровнем техники в отношении настоящего изобретения. В той степени, что любое значение или определение термина в данном письменном документе противоречит какому-либо определению или значению того же термина в документе, включенном путем ссылки, значение или определение, присвоенные термину в данном письменном документе, будут определяющими.
В то время как любые конкретные осуществления в соответствии с настоящим изобретением были проиллюстрированы и описаны, специалистам в данной области техники будет очевидно, что различные другие изменения и модификации будут выполнены, не выходя за суть и объем настоящего изобретения. Поэтому формула настоящего изобретения, которая прилагается, предназначена для охватывания всех таких изменений и модификаций, которые входят в объем настоящего изобретения.