ГИБКАЯ ЗАЩИТНАЯ УПАКОВКА, ВЫПОЛНЕННАЯ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ
RESILIENT PROTECTIVE PACKAGE MADE OF RECOVERABLE STOCK

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к гибкой защитной упаковке, которая выполнена из возобновляемого сырья. Эти упаковки являются полезными для упаковок потребительских продуктов, таких как, например, пищевые продукты, напитки, салфетки, шампунь, кондиционер, лосьон для кожи, лосьон для бритья, жидкое мыло, мыло в брусках, зубная паста и моющее средство.
Уровень техники
Полимеры, такие как полиэтилен, уже давно используются в качестве гибкого упаковочного материала. Гибкие упаковки, как правило, состоят из нескольких слоев, которые включают различные типы материалов для обеспечения желаемой функциональности, такой как гибкость, герметичность, защита и печать. В упаковке пищевых продуктов, например, гибкий упаковочный материал часто используется в качестве защитного агента для пищевых продуктов. Гибкие упаковки также используют для размещения различных потребительских продуктов, таких как продукты по уходу за волосами, косметические продукты, продукты для ухода за полостью рта, продукты для ухода за здоровьем, личной гигиены и продукты для бытовой очистки.
Пластиковая упаковка использует приблизительно 40% всех полимеров, значительную долю из которых используют для гибкой упаковки. Большинство из полимеров, используемых для применений гибких упаковок, такие как полиэтилен и полиэтилентерефталат, получают из мономеров (например, этилена, терефталевой кислоты и этиленгликоля), которые получают из невозобновляемого сырья на основе ископаемых (например, нефти, природного газа и угля). Таким образом, цена и доступность сырья нефти, природного газа и угля, в конечном счете, оказывает существенное влияние на стоимость полимеров, используемых для гибких упаковочных материалов. С возрастанием во всем мире цены на нефть, природный газ и/или уголь растет и цена гибких упаковочных материалов. Дополнительно, многие потребители проявляют неприязнь к покупке продуктов, которые получены из химических продуктов из нефти. В некоторых случаях потребители не решаются купить продукты, выполненные из ограниченного невозобновляемого сырья (например, нефти, природного газа и угля). Другие потребители могут иметь неблагоприятное восприятие продуктов, полученных из химических продуктов из нефти, как «неестественных» или неблагоприятных для окружающей среды.
В ответ производители гибких упаковок начали использовать полимеры, выполненные из возобновляемого сырья (например, биополиэтилена) для производства деталей их упаковок. Эти гибкие упаковки, однако, все еще содержат значительное количество необработанных материалов на нефтяной основе. Некоторые производители пытались сформировать гибкие упаковки, почти полностью полученные из полимеров, выполненных из возобновляемого сырья. Например, Innovia LLC производит металлизированную целлюлозную пленку, которая содержит 90% возобновляемых материалов, как определено в соответствии с ASTM 6866, которые могут быть превращены в 12″×2″ саше (т.е. NatureFlex™). Однако, когда эти саше заполняли водой и оставляли на ночь, наблюдался видимый крекинг металлизированной пленки, а саше разрушались в течение 24 часов, о чем свидетельствовали капли, заметно проникающие через пленку. Гибкие упаковки, которые состоят из полимолочной кислоты (PLA), полученной из кукурузы, также имеют ограниченный успех. Хотя контейнеры, изготовленные из PLA, являются устойчивыми, промышленно поддающимися биохимическому распаду и экологически чистыми, они в настоящее время непригодны для длительного хранения из-за их чувствительности к нагреву, ударам и влаге. Например, упаковки, полученные из PLA, как правило, высыхают, съеживаются и разрушаются при воздействии бытовой химии, такой, как отбеливатели и этоксилат спирта (то есть, активный ингредиент в Mr. Clean), когда PLA находится в непосредственном контакте с продуктом. Компания Frito Lay выпустила полностью PLA слоистую пленочную структуру и описала данную структуру и другие варианты (например, используя PLA, РНА, бумагу и переработанный материал) в WO/2009/032748, которая включена в данную заявку путем ссылки.
Полигидроксиалканоаты (PHAs) также вызывали общий интерес для использования в качестве возобновляемых материалов для формирования гибкой упаковки. Например, в патенте США №5,498,692, который включен в данную заявку путем ссылки, раскрыта гибкая пленка, состоящая из полигидроксиалканоатного сополимера, который имеет, по меньшей мере, два случайно повторяющихся мономерных звена. Эта пленка может быть использована для формирования, например пакетов для бакалейных товаров, пакетов для хранения пищевых продуктов, пакетов для бутербродов, закрывающихся сумок типа Ziploc и мешков для мусора. Гибкие упаковки, состоящие только из РНА, однако, не будут соответствовать требованиям защиты для большинства потребительских продуктов. Дополнительно, их фактическое использование в качестве пластиковых материалов было затруднено из-за их термической нестабильности. РНА, как правило, имеют низкую прочность расплава и могут также страдать от длительной усадки, таким образом, что они имеют тенденцию быть трудно обрабатываемыми. Дополнительно, РНА, как правило, испытывают термическое разложение при очень высоких температурах. Более того, РНА имеют плохие свойства газо- и влагозащиты и не очень хорошо подходят для использования в качестве упаковочных материалов, как описано в US 2009/0286090, включенном в данную заявку путем ссылки.
Гибкие упаковки, состоящие из бумаги, которые покрыты при помощи экструзии пленкой термопластичного крахмала марки Mater-Bi™ производства Novamont, также известны. Эти упаковки могут быть использованы для вмещения твердых веществ, таких как, например, одна порция сахара, но не имеют защитных свойств, необходимых для многих других потребительских продуктов.
Дополнительные материалы, выполненные из возобновляемого сырья, которые были использованы для формирования гибких упаковок, включают, например, пектин, глютен и другие белки. Поскольку эти упаковки растворимы в воде, они имеют ограниченное применение, если они не находятся внутри наружных упаковок со свойствами защиты от влаги.
В настоящее время используется гибкая упаковка, которая полностью состоит из материалов, выполненных из возобновляемого сырья (например, целлюлозы, PLA, РНА) и обычно проявляет одно или более нежелательных свойств в отношении производства, стабильности и производительности (например, неспособности выдержать производственный процесс, короткого срока годности и/или плохой защитной способности). Соответственно, было бы желательно обеспечить гибкую защитную упаковку, которая, по существу, свободна от необработанных соединений на нефтяной основе и также имеет желательные свойства по отношению к производству, стабильности и производительности.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к гибкой защитной упаковке. Упаковка включает герметик, первый связующий слой, покрывающий герметик, и внешнюю подложку, ламинированную на герметик через первый связующий слой. Герметик имеет толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 750 мкм и содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 95%, например, приблизительно 97% или приблизительно 100%. Первый связующий слой, покрывающий герметик, содержит адгезив с толщиной от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм, и необязательно имеющий содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 97%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 99%. В некоторых осуществлениях первый связующий слой дополнительно содержит экструдированную подложку, которая имеет толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 750 мкм и содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85%. Внешняя подложка, ламинированная на герметик через первый связующий слой, имеет толщину от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 300 мкм и содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 97%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 99%. Гибкая защитная упаковка проявляет прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н на 25,4 мм ширины образца, как это определено ASTM F904, после того как упаковка заполнена на три четверти ее объема стиральным порошком α (то есть приблизительно 30 мас.% кальцинированной соды, приблизительно 67 мас.% цеолита, приблизительно 1,5 мас.% метилантранилата и приблизительно 1,5 мас.% этилацетата, исходя из общей массы композиции) и помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца.
Гибкая защитная упаковка может дополнительно содержать чернила, которые имеют толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм, которые наносят на одну или обе стороны внешней подложки. Гибкая защитная упаковка может также необязательно содержать лак, имеющий толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм на наружной поверхности внешней подложки. В некоторых осуществлениях герметик дополнительно содержит добавку, такую как, например, агент скольжения, наполнитель, антистатик, пигмент, ингибитор ультрафиолетового излучения, добавка, повышающая биоразложение, антиокрашивающий агент или их смеси.
В некоторых аспектах гибкая защитная упаковка может дополнительно содержать слой защитного материала, который нанесен или ламинирован между первым связующим слоем и внешней подложкой, при этом слой защитного материала имеет толщину от приблизительно 200 Ǻ до приблизительно 50 мкм. Слой защитного материала покрыт вторым связующим слоем, который имеет толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм и содержит адгезив, который необязательно имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%. В некоторых аспектах гибкая защитная упаковка может дополнительно содержать слой защитного материала, который либо нанесен на герметик, либо ламинирован между герметиком и внешней подложкой, при этом слой защитного материала имеет толщину от приблизительно 200 Ǻ до приблизительно 50 мкм и слой защитного материала покрыт связующим слоем, который имеет толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм и содержит адгезив, который необязательно имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%. В данных аспектах гибкая защитная упаковка, после того как она заполнена на три четверти ее объема шампунем β, имеющим рН приблизительно 5,5 (то есть приблизительно 10 мас.% лаурет-3 сульфата аммония, приблизительно 6 мас.% лаурилсульфата аммония, приблизительно 0,6 мас.% цетилового спирта, приблизительно 0,7 мас.% хлорида натрия, приблизительно 0,4 мас.% цитрата натрия дигидрата, приблизительно 0,15 мас.% лимонной кислоты, приблизительно 1,5 мас.% метилантранилата, приблизительно 1,5 мас.% этилацетата и приблизительно 20,85 мас.% воды, исходя из общей массы композиции) и помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца, проявляет (i) прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904; (ii) прочность ламинирования между герметиком и слоем защитного материала, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904; и (iii) прочность ламинирования между слоем защитного материала и внешней подложкой, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904.
В другом аспекте в данной заявке описаны гибкие защитные упаковки, которые включают герметик, который имеет толщину от приблизительно 5 мкм до приблизительно 750 мкм и содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85%. В этом аспекте упаковка проявляет потерю массы менее чем приблизительно 1 мас.%, исходя из общей массы упаковки, после того как она заполнена на три четверти ее объема стиральным порошком α (т.е. приблизительно 30 мас.% кальцинированной соды, приблизительно 67 мас.% цеолита, приблизительно 1,5 мас.% метилантранилата и приблизительно 1,5 мас.% этилацетата, исходя из общей массы композиции), герметизирована и помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца, взвешена и затем помещена на стандартный вибрационный стол, поддана 1 часовому циклу колебаний с линейным изменением при 1 Гц/мин от 0 до приблизительно 60 Гц, а затем 1 часовому циклу с линейным изменением при 1 Гц/мин от приблизительно 60 Гц до 0 Гц, а затем повторно взвешена.
В некоторых осуществлениях данного аспекта гибкая защитная упаковка дополнительно содержит чернила, которые имеют толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм, и необязательный лак, который имеет толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 750 мкм, нанесенный на наружную поверхность гибкой защитной упаковки. В этих осуществлениях гибкая защитная упаковка не проявляет перенос чернил на образец, как определено в соответствии с ASTM D5264-98, после того как она заполнена на три четверти ее объема стиральным порошком α (приблизительно 30 мас.% кальцинированной соды, приблизительно 67 мас.% цеолита, приблизительно 1,5 мас.% метилантранилата и приблизительно 1,5 мас.% этилацетата, исходя из общей массы композиции) и помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца.
Краткое описание чертежей
Хотя описание заканчивается формулой изобретения, конкретно указывающей и четко заявляющей объект, который считается объектом настоящего изобретения, полагают, что настоящее изобретение будет более понятным из нижеследующего описания в сочетании с прилагаемыми чертежами. Некоторые из Фигур могут быть упрощены путем пропуска некоторых элементов с целью более четкой демонстрации других элементов. Такие пропуски элементов на некоторых Фигурах не обязательно указывают на присутствие или отсутствие конкретных элементов в каких-либо иллюстративных осуществлениях, за исключением тех, которые могут быть четко указаны в соответствующем описании. Ни один из чертежей не обязательно выполнен в масштабе.
Фигура 1 изображает 2-слойную слоистую структуру, приемлемую для гибкой защитной упаковки, которая содержит герметик, ламинированный на внешнюю подложку через связующий слой, который содержит адгезив и дополнительно содержит экструдированную подложку. Чернила могут быть нанесены на внутреннюю поверхность внешней подложки. Необязательно, слой защитного материала может быть либо нанесен на герметик либо ламинирован между герметиком и слоями внешней подложки.
Фигура 2 изображает 2-слойную слоистую структуру, приемлемую для гибкой защитной упаковки, которая содержит герметик, ламинированный на внешнюю подложку через связующий слой, который содержит адгезив. Чернила могут быть нанесены на наружную поверхность внешней подложки, а внешняя подложка необязательно может быть покрыта лаком.
Фигура 3 изображает 3-слойную слоистую структуру, приемлемую для гибкой защитной упаковки, которая содержит герметик, ламинированный на слой защитного материала через связующий слой, который содержит адгезив, который сам по себе ламинируют на внешнюю подложку через дополнительный связующий слой, который содержит адгезив. Чернила могут быть нанесены на любую сторону внешней подложки. Если чернила присутствуют на наружной поверхности внешней подложки, внешняя подложка необязательно может быть покрыта лаком.
Фигура 4 изображает 3-слойную слоистую структуру, приемлемую для гибкой защитной упаковки, которая содержит герметик, ламинированный на внешнюю подложку через связующий слой, который содержит адгезив и экструдированный материал. Чернила могут быть нанесены на любую сторону внешней подложки. Если чернила присутствуют на наружной поверхности внешней подложки, внешняя подложка необязательно может быть покрыта лаком.
Фигура 5 изображает однослойную слоистую структуру, приемлемую для гибкой защитной упаковки, которая содержит герметик. Чернила могут быть нанесены на наружную поверхность герметика, и, если чернила присутствуют, герметик необязательно может быть покрыт лаком. Необязательно, слой защитного материала может быть нанесен на наружную сторону слоя герметика.
Подробное описание изобретения
В настоящее время были разработаны гибкие защитные упаковки, которые, по существу, свободны от необработанных материалов на нефтяной основе и которые также имеют желаемые характеристики производства, стабильности и производительности. Гибкие упаковки, которые обычно имеют толщину стенки менее чем приблизительно 200 мкм, как правило, являются не несущими нагрузку (т.е. упаковка не может выдержать вес других упаковок без общей деформации). Гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, имеют преимущество, потому что они имеют одинаковый внешний вид и ощущение и эксплуатационные характеристики, аналогичные гибким защитным упаковкам, изготовленным из необработанных материалов на нефтяной основе (например, скорость проницаемости водяных паров (MVTR), прочность ламинирования и коэффициент трения), но гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, имеют улучшенную устойчивость по сравнению с упаковками, выполненными из необработанных материалов на нефтяной основе.
Как используют в данной заявке, «устойчивый» относится к материалу, имеющему улучшение более чем на 10% в некотором аспекте его оценки жизненного цикла или инвентаризации жизненного цикла по сравнению с соответствующим необработанным материалом на нефтяной основе, который в противном случае был бы использован для производства. Как используют в данной заявке, «Оценка жизненного цикла» (LCA) или «Инвентаризация жизненного цикла» (LCI) относится к исследованию и оценке воздействия на окружающую среду данного продукта или услуги, вызванного или обусловленного его существованием. LCA или LCI может включать анализ «от колыбели до могилы», который относится к полной оценке жизненного цикла или инвентаризации жизненного цикла от производства («колыбели») до использования фазы и фазу утилизации («могилу»). Например, контейнеры из полиэтилена высокой плотности (HDPE) могут быть переработаны в HDPE смолистые гранулы, а затем использованы для формирования контейнеров, пленок или изделий, полученных литьем под давлением, например, экономя значительное количество энергии ископаемого топлива. В конце срока службы полиэтилен может быть утилизирован сжиганием, например. Все входы и выходы рассматривают для всех фаз жизненного цикла. Как используют в данной заявке, сценарий «конца жизни» (EOL) относится к фазе утилизации LCA или LCI. Например, полиэтилен может быть переработан, сожжен для получения энергии (например, 1 кг полиэтилена производит столько энергии, сколько 1 кг дизельного топлива), химически преобразован в другие продукты и восстановлен механически. Альтернативно, LCA или LCI может включать анализ «от колыбели до ворот», который относится к оценке частичного жизненного цикла продукции от производства («колыбели») до ворот завода (т.е. прежде чем его транспортируют к клиенту) как гранулы. Альтернативно, этот второй тип анализа также называется «от колыбели до колыбели».
Гибкие защитные упаковки в соответствии с настоящим изобретением также имеют преимущество, потому что любой необработанный полимер, используемый в производстве упаковки, получают из возобновляемого сырья. Как используют в данной заявке, приставка «био» используется для обозначения материала, который был получен из возобновляемого сырья. Как используют в данной заявке, «возобновляемое сырье» означает то, которое производится естественным процессом со скоростью, сравнимой с его скоростью потребления (например, в течение периода времени 100 лет). Сырье может быть пополнено естественно или с помощью сельскохозяйственной техники. Неограничивающие примеры возобновляемого сырья включают растения (например, сахарный тростник, свеклу, кукурузу, картофель, цитрусовые, древесные растения, лигноцеллюлозы, гемицеллюлозы, целлюлозные отходы), животных, рыб, бактерии, грибы и лесную продукцию. Это сырье может быть природного происхождения, гибридами или генно-сконструированными организмами. Природное сырье, такое как нефть, уголь, природный газ и торф, образование которых занимает более чем 100 лет, не рассматривается как возобновляемое сырье. Поскольку, по меньшей мере, часть гибкой защитной упаковки в соответствии с настоящим изобретением является полученной из возобновляемого сырья, которое может секвестрировать углекислый газ, использование гибкой защитной упаковки может уменьшить потенциал глобального потепления и потребление ископаемого топлива. Например, некоторые LCA или LCI исследования HDPE смолы показали, что приблизительно одна тонна полиэтилена, изготовленного из необработанного сырья на нефтяной основе, приводит к эмиссии до приблизительно 2,5 тонн углекислого газа в окружающую среду. Поскольку сахарный тростник, например, поглощает углекислый газ в процессе роста, одна тонна полиэтилена, изготовленного из сахарного тростника, удаляет до приблизительно 2,5 тонн углекислого газа из окружающей среды. Таким образом, использование приблизительно одной тонны полиэтилена из возобновляемого сырья, такого как сахарный тростник, приводит к уменьшению до приблизительно 5 тонн углекислого газа окружающей среды по сравнению с использованием одной тонны полиэтилена, полученного из сырья на нефтяной основе.
Неограничивающие примеры возобновляемых полимеров включают полимеры, полученные непосредственно из организмов, такие как полигидроксиалканоаты (например, поли(бета-гидроксиалканоат) поли(3 -гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат, NODAX™) и бактериальная целлюлоза; полимеры, извлеченные из растений и биомассы, например полисахариды и их производные (например, камеди, целлюлозы, сложные эфиры целлюлозы, хитин, хитозан, крахмал, химически модифицированный крахмал), белки (например, зеин, сыворотка, глютен, коллаген), липиды, лигнины и природные смолы; и данные полимеры, полученные из мономеров естественного происхождения и производных, такие как биополиэтилен, биополипропилен, политриметилентерефталат, молочная кислота, нейлон 11, алкидные смолы, сложные полиэфиры на основе янтарной кислоты и биополиэтилентерефталат.
Гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, дополнительно полезны, потому что их свойства могут быть настроены путем изменения количества биоматериала и переработанного материала, используемого для формирования компонентов гибкой защитной упаковки, или путем введения добавок. Например, увеличение количества биоматериала за счет переработанного материала (при сравнении, например, гомополимера и сополимера) приводит к получению упаковок с улучшенными механическими свойствами. Увеличение количества конкретных видов переработанного материала может уменьшить общие затраты на производство упаковок, но за счет желательных механических свойств упаковки, поскольку переработанный материал имеет тенденцию быть более хрупким при более низком модуле, получая в результате меньшую среднюю молекулярную массу переработанного материала.
Дополнительно, гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, являются предпочтительными, так как они могут выступать в качестве замены один к одному для подобных гибких защитных упаковок, содержащих полимеры, которые полностью или частично получены из необработанных материалов на нефтяной основе, а также потому, что они могут быть получены на имеющемся производственном оборудовании, условиях в реакторе, и параметрах для оценки качества. Использование возобновляемых гибких защитных упаковок приводит к уменьшению воздействия на окружающую среду гибких защитных упаковок и снижает потребление невозобновляемого сырья. Уменьшение воздействия на окружающую среду происходит потому, что скорость пополнения сырья, используемого для производства строительного материала сырья для упаковок, равна или превышает скорость их потребления, так как использование возобновляемого полученного материала часто приводит к снижению выбросов парниковых газов в связи с секвестрированием углекислого газа в атмосфере, или потому что сырье строительного материала перерабатывают (потребители или промышленно) в рамках завода, чтобы уменьшить количество необработанного пластика, который используют, и количество использованного пластика, который вырабатывают, например, разлагают на свалке.
Более того, гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, имеют относительно длительный срок годности (например, по меньшей мере, приблизительно 1 год, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 2 года), что позволяет их хранить или транспортировать в течение длительного периода времени без снижения физической и химической целостности гибкой защитной упаковки (например, отсутствие расслаивания, обесцвечивания и т.д., от воздействия потребительских продуктов). Пленки, используемые для получения гибких защитных упаковок, описанные в данной заявке, могут быть преимущественно использованы для формирования других изделий, таких как, например, мешки для мусора; компоненты подгузников, изделий для пациентов с недержанием и изделий женской гигиены; пакеты для подгузников, изделий для пациентов с недержанием или изделий женской гигиены; упаковки для пищевых продуктов; кюветы, запасные блоки и стоячие мешочки.
КОМПОЗИЦИЯ ГИБКИХ ЗАЩИТНЫХ УПАКОВОК
В данной заявке описаны однослойные и многослойные (например, 2-слойные, 3-слойные) гибкие защитные упаковки, состоящие из материалов, которые по существу свободны от необработанных материалов на нефтяной основе. Гибкие защитные упаковки содержат герметик, который имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85%. Герметик ламинируют на внешнюю подложку, которая имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%, через связующий слой, который содержит адгезив, который необязательно имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%. Связующий слой может дополнительно содержать экструдированную подложку, которая имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85%. Необязательно, чернила могут быть нанесены на обе стороны внешней подложки, а наружная поверхность внешней подложки необязательно может дополнительно содержать лак. Слой защитного материала может быть нанесен или ламинирован между первым связующим слоем и внешней подложкой или на слой герметика.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к 2-слойной гибкой защитной упаковке, представленной на Фигуре 1. Гибкая защитная упаковка в соответствии с данным аспектом состоит из герметика, который ламинирован на внешнюю подложку с помощью связующего слоя, который содержит адгезив. Необязательно, чернила могут быть нанесены на любую сторону внешней подложки. Если чернила присутствуют на наружной поверхности внешней подложки, внешняя подложка необязательно может быть покрыта лаком. Фигура 2 представляет собой 2-слойную гибкую защитную упаковку, необязательно покрытую лаком.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к 3-слойной гибкой защитной упаковке, представленной на Фигуре 3. Гибкая защитная упаковка в соответствии с данным аспектом состоит из герметика, который ламинирован на одну сторону слоя защитного материала через связующий слой, который содержит адгезив. Другую сторону слоя защитного материала ламинируют на внешнюю подложку через другой связующий слой, который содержит адгезив. Альтернативно, слой защитного материала может быть нанесен между герметиком и внешней подложкой, а не претерпевает ламинирование. Необязательно, чернила могут быть нанесены на любую сторону внешней подложки. Если чернила присутствуют на наружной поверхности внешней подложки, внешняя подложка необязательно может быть покрыта лаком.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к 3-слойной гибкой защитной упаковке, представленной на Фигуре 4. Гибкая защитная упаковка в соответствии с данным аспектом состоит из герметика, который ламинирован на внешнюю подложку через связующий слой, который содержит экструдированную подложку. Необязательно, слой защитного материала покрывает герметик. Дополнительно, необязательно, чернила могут быть нанесены на любую сторону внешней подложки. Если чернила присутствуют на наружной поверхности внешней подложки, внешняя подложка необязательно может быть покрыта лаком.
В четвертом аспекте настоящее изобретение относится к однослойной гибкой защитной упаковке, представленной на Фигуре 5. Гибкая защитная упаковка в соответствии с данным аспектом состоит из герметика, на который слой защитного материала может необязательно быть нанесен и, дополнительно, на который чернила могут быть необязательно нанесены. Если чернила наносят на наружную поверхность герметика, герметик необязательно может быть покрыт лаком.
Герметик
Герметик обеспечивает объемные, теплоизолирующие и защитные свойства гибких защитных упаковок, описанных в данной заявке. Герметик может быть любым герметиком, который совместим с потребительскими продуктами, описанными в данной заявке, и имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 95%, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 97%, например приблизительно 99% или приблизительно 100%.
Герметик может быть выбран из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности (HDPE) и линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), каждый из которых доступен от, например, Braskem; полиэтилена низкой плотности (LDPE) и линейного полиэтилена ультранизкой плотности (ULDPE), каждый из которых может быть получен из сахарного тростника с помощью технологии, такой как или аналогичной, технология Hostalen/Basell или технология Spherilene/Basell от Braskem; полигидроксиалканоата (РНА, доступен от, например, Ecomann China, Meredian, и Metabolix); пленки на основе крахмала (доступна от, например, Novamont, Biome, Cardia, Teknor Apex или Plantic); крахмала, смешанного со сложным полиэфиром (доступный от, например, Ecoflex от BASF или с помощью биоисточников сложного полиэфира например, биоглицерина, органической кислоты и ангидрида, как описано в патентной заявке США №2008/0200591, включенной в данную заявку путем ссылки), полибутилен сукцината (сформирован путем, например, полимеризации био-1,4-бутандиола, который может быть получен путем ферментации сахаров, процесс доступен от компаний, таких как Genomatica, и биоянтарной кислоты, которая может быть получена как натуральный продукт ферментации и доступна от таких компаний, как MBI; см. патент США номер 7,858,350, включенный в данную заявку путем ссылки), полигликолевой кислоты (PGA) (из например, биогликолевого кислотного мономера, который получают от METabolic EXplorer), поливинилхлорида (PVC) (доступного от, например, Braskem) и их смесей. В некоторых предпочтительных осуществлениях герметик выбирают из группы, состоящей из HDPE, LDPE, LLDPE, ULDPE и их смесей. Необязательно, герметик включает бумагу и бумагу, покрытую герметиком.
Герметик присутствует при толщине от приблизительно 1 мкм до приблизительно 750 мкм, предпочтительно от приблизительно 25 мкм до приблизительно 75 мкм, более предпочтительно от приблизительно 30 мкм до приблизительно 50 мкм. Например, когда упаковка содержит жидкость, герметик присутствует при толщине от приблизительно 30 мкм до приблизительно 50 мкм, а когда упаковка содержит порошок, герметик присутствует при толщине от приблизительно 25 мкм до приблизительно 40 мкм. Если какая-либо иная защита отсутствует, более тонкий герметик приводит в результате к получению упаковки с более высокой скоростью проницаемости водяных паров (MVTR), сниженной структурной целостностью и более коротким сроком годности, в то время как более толстый герметик приводит в результате к получению упаковки с более низкой MVTR и увеличенной структурной целостностью.
Герметик необязательно может содержать добавку. Добавка может содержать, например, агент скольжения или антистатик (например, эвкарамид, стерамид), наполнитель (например, тальк, глину, древесную массу, термопластичный крахмал, сырье крахмала древесной муки, диатомит, кремнезем, неорганические стекло, неорганические соли, измельченный пластификатор, измельченный каучук), пигмент (например, слюду, диоксид титана, сажу), ингибитор ультрафиолетового излучения, антиокрашивающий агент и добавку, повышающую биоразложение (например, оксоразлагаемую добавку или органический материал). Оксоразлагаемую добавку часто добавляют в полимер в концентрации от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 5 мас.%, исходя из общей массы полимера, и она содержит, по меньшей мере, один переходной металл, который может способствовать окислению и разрыву цепи в пластмассах под воздействием тепла, воздуха, света или их смесей. Органические материалы (например, целлюлоза, крахмал, этилен винилацетат и поливиниловый спирт) также могут быть использованы в качестве добавок, повышающих биоразложение, хотя они не могут способствовать разложению неразлагающейся части полимерной матрицы. В иллюстративных осуществлениях, добавка включает эрукамид, стерамид, слюду, оксоразлагаемую добавку, тальк, глину, древесную массу, диоксид титана, термопластичный крахмал, сырье крахмальной древесной муки, кизельгур, сажу, кремнезем, неорганическое стекло, неорганические соли (например, NaCl), порошкообразный пластификатор, порошкообразный каучук и их смеси.
Первый связующий слой
Герметик может быть ламинирован на внешнюю подложку через первый связующий слой, который содержит адгезив. Адгезив необязательно имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 97%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 99%, например, приблизительно 100%. Ламинирование может быть достигнуто путем процесса «экструзии» или «адгезии». Ламинирование включает укладку расплавленного полотна полимера путем экструзии через плоскую головку (для экструзионного ламинирования) или жидкого слоя (для адгезивного ламинирования) между герметиком и внешней подложкой при высокой скорости (типично от приблизительно 100 до приблизительно 1000 футов в минуту, предпочтительно от приблизительно 300 до приблизительно 800 футов в минуту). Для экструзионного ламинирования слоистая структура затем входит в контакт с холодным (замороженным) валиком. Для адгезивного ламинирования, слоистый материал подвергается термической сушке в линию, а затем дополнительному отверждению в течение от приблизительно 12 до приблизительно 48 часов для того, чтобы слоистый материал достигал максимальной прочности адгезии.
Адгезив присутствует при толщине от приблизительно 1 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. Более тонкий слой адгезива приводит к получению гибкой защитной упаковки, которая высыхает и затвердевает быстрее и является менее дорогой. Более толстый слой адгезива приводит к получению гибкой защитной упаковки, которая достигает желаемой прочности соединения, но стоит дороже, и ее высыхание и отверждение занимает более длительный период времени. Адгезив может быть адгезивом на основе растворителя или адгезивом без растворителя. Примеры адгезива включают адгезив на основе уретана, адгезив на водной основе или адгезив на нитроцеллюлозной основе. Необязательно, адгезив является биоадгезивом, например адгезивом на основе PLA (например, Biopolymer 26806 от Danimer Scientific LLC, MATER-BI от Novamontk, BioTAK от Berkshire Labels), адгезивом на основе крахмала или их смесями.
В некоторых необязательных осуществлениях первый связующий слой дополнительно содержит экструдированную подложку, которая имеет содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 95%, например, по меньшей мере, приблизительно 99%. Экструдированная подложка присутствует при толщине от приблизительно 1 мкм до приблизительно 750 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 50 мкм. Более тонкая экструдированная подложка приводит к получению гибкой защитной упаковки, которая является менее дорогой, более гибкой и имеет меньший объем. Более толстая экструдированная подложка приводит к получению гибкой защитной упаковки, которая является более дорогой, менее гибкой и имеет больший объем. Недорогим способом создания большего объема на слоистой структуре является увеличение толщины экструзионного слоя, а не увеличение толщины остальных слоев. Примеры экструдированной подложки включают LDPE, HDPE и LLDPE.
Внешняя подложка
Внешняя подложка гибкой защитной упаковки обеспечивает стабильность размеров упаковки и является емкостью для чернил. Внешняя подложка может быть любым материалом, который образует гибкую защитную упаковку, имеющую свойства, описанные в данной заявке и содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 95%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 97%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 99%, например приблизительно 100%.
Внешняя подложка может быть выбрана из группы, состоящей из полиэтилентерефталата (PET), HDPE, полиэтилена средней плотности (MDPE), LDPE, LLDPE, PLA (например, от Natureworks), РНА, поли(этилен-2,5-фурандикарбоксилата) (PEF), целлюлозы (доступной от, например, Innovia), нейлона 11 (то есть, Rilsan от Arkema), пленок на основе крахмала, сложных биополиэфиров (например, из биоглицерина, органической кислоты и ангидрида, как описано в патентной заявке США №2008/0200591, включенной в данную заявку путем ссылки), полибутиленсукцината, полигликолевой кислоты (PGA), поливинилхлорида (PVC) и их смесей. В некоторых предпочтительных осуществлениях внешнюю подложку выбирают из группы, состоящей из PET, PEF, LDPE, LLDPE, нейлона 11 и их смесей.
Биополиэтилентерефталат доступен от таких компаний, как Teijin Fibers Ltd (30%) возобновляемого сырья), Toyota Tshusho, Klockner. Он также может быть получен путем полимеризации биоэтиленгликоля с биотерефталевой кислотой. Биоэтиленгликоль может быть получен из возобновляемого сырья через ряд приемлемых путей, таких как, например, те, которые описаны в WO/2009/155086 и патенте США №4,536,584, каждый из которых включен в данную заявку путем ссылки. Биотерефталевая кислота может быть получена из возобновляемых спиртов через возобновляемый п-ксилол, как описано в WO/2009/079213, которая включена в данную заявку путем ссылки. В некоторых осуществлениях возобновляемый спирт (например, изобутанол) дегидратируют над кислотным катализатором в реакторе с образованием изобутилена. Изобутилен извлекают и подвергают взаимодействию при соответствующих условиях высокой температуры и давления, во втором реакторе, содержащем катализатор, известный для ароматизирования алифатических углеводородов с образованием возобновляемого п-ксилола. В другом осуществлении возобновляемый спирт, например изобутанол, обезвоживают и димеризуют над кислотным катализатором. Полученный в результате диизобутилен извлекают и подвергают взаимодействию во втором реакторе с образованием возобновляемого п-ксилола. В еще одном осуществлении возобновляемый спирт, например изобутанол, содержащий до 15 мас.% воды, обезвоживают или обезвоживают и олигомеризуют и полученные олигомеры ароматизируют с образованием возобновляемого п-ксилола. Возобновляемые фталевую кислоту или сложные эфиры фталевой кислоты могут быть получены окислением п-ксилола над катализатором из переходного металла (см., например, Ind. Eng. Chem. Res., 39:3958-3997 (2000)), необязательно в присутствии одного или больше спиртов.
Биополи(этилен-2,5-фурандикарбоксилат) (био-PEF) может быть получен в соответствии с маршрутом, раскрытым в Werpy and Petersen, «Тор Value Added Chemicals from Biomass. Volume I - Results of Screening for Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas, produced by the Staff at Pacific Northwest National Laboratory (PNNL); National Renewable Energy Laboratory (NREL), Office of Biomass Program (EERE)», 2004 и заявке PCT WO 2010/077133, которые включены в данную заявку путем ссылки.
Внешняя подложка присутствует при толщине от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 300 мкм, предпочтительно от приблизительно 7 мкм до приблизительно 50 мкм, более предпочтительно от приблизительно 8 мкм до приблизительно 20 мкм, даже более предпочтительно от приблизительно 10 мкм до приблизительно 15 мкм. Более тонкая внешняя подложка приводит к получению гибкой защитной упаковки с меньшей жесткостью. Более толстая внешняя подложка приводит к получению гибкой защитной упаковки с большей жесткостью, большей стабильностью размеров для печати и повышенной термостойкостью во время термоизоляции.
В необязательных осуществлениях, где чернила наносят на внешнюю подложку, сторона подложки с нанесенными чернилами имеет поверхностную энергию, которая составляет, по меньшей мере, приблизительно 38 дин/см, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 42 дин/см. Альтернативно, внешнюю подложку можно обработать, чтобы привести к желаемой поверхностной энергии, с использованием методов, известных специалисту в данной области техники, таких как обработка коронным разрядом. Если поверхностная энергия меньше чем приблизительно 38 дин/см, то внешняя подложка не будет принимать печатные чернила на ее поверхности.
Кроме того, необязательные осуществления гибкой упаковки включают этикетку, которую помещают на наружной стороне упаковки. Этикетка может содержать чувствительную к давлению адгезивную этикетку, или термоусадочную этикетку, или другой тип приемлемой этикетки. Этикетка необязательно напечатана и необязательно содержит художественные работы и или знаки.
Чернила
В некоторых осуществлениях один или более слоев чернил необязательно могут быть нанесены на одну или на обе стороны внешней подложки. Чернила присутствуют при толщине от приблизительно 1 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, даже более предпочтительно приблизительно 3 мкм. Чернила, которые наносят, могут быть любыми чернилами, которые совместимы с материалами, с которыми они контактируют. В некоторых осуществлениях чернила могут быть на основе сои, на растительной основе или их смесью. Неограничивающие примеры чернил включают ECO-SURE!™ от Gans Ink & Supply Со. и VUTEk и BioVu™ чернила на основе растворителей от EFI, которые получены полностью из возобновляемого сырья (например, кукурузы). В некоторых осуществлениях чернила обладают высокой абразивной устойчивостью. Например, чернила с высокой абразивной устойчивостью могут включать покрытия, отвержденные ультрафиолетовым излучением (УФ) или электронным пучком (ЕВ).
Лак
В аспектах, когда чернила наносят на наружную поверхность внешней подложки, наружная поверхность внешней подложки необязательно включает лак. Необязательный лак функционирует для защиты слоя чернил от физической и химической среды и может быть получен из возобновляемого сырья. Лак также может быть разработан с целью оптимизации прочности и глянцевой или матовой поверхности. В некоторых осуществлениях лак выбирают из группы, состоящей из смолы, добавки и растворителя/воды. В некоторых предпочтительных осуществлениях лак является лаком на нитроцеллюлозной основе, природным шеллаком или их смесями. Лак имеет толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 5 мкм, более предпочтительно от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 3,5 мкм. Количество лака, которое присутствует в многослойных упаковках, определяет уровень защиты нижележащего печатного слоя. Хотя более тонкий слой лака может треснуть или вытереться, он высыхает и отверждается быстрее и менее дорогой. Более толстый слой лака более дорогой, но добавляет больше защиты чернилам.
В аспектах, где гибкая защитная упаковка является однослойной упаковкой, гибкая защитная упаковка содержит герметик, который имеет толщину от приблизительно 5 мкм до приблизительно 750 мкм и содержание биоосновы, по меньшей мере, приблизительно 85% и необязательно присутствует слой защитного материала. Чернила необязательно наносят на наружную поверхность герметика (или необязательного слоя защитного материала, покрывающего герметик), и они присутствуют при толщине от приблизительно 1 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, даже более предпочтительно приблизительно 3 мкм. Чернила необязательно покрывают лаком, который присутствует при толщине от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 5 мкм, более предпочтительно от приблизительно 2,5 мкм до приблизительно 3,5 мкм. Как описано выше, чернилами могут быть любые чернила, которые совместимы с материалами, с которыми они контактируют, и они могут быть, например, на основе сои, на растительной основе или их смесью (например, ECO-SURE!™, VUTEk и BioVu™). В некоторых осуществлениях чернила обладают высокой абразивной устойчивостью, как было описано выше. Количество лака, который присутствует в однослойных упаковках, добавляет жесткость упаковкам, где степень жесткости увеличивается с толщиной лака.
Слой защитного материала
2
2
В некоторых осуществлениях гибкая защитная упаковка содержит слой защитного материала, нанесенный или ламинированный между первым связующим слоем и внешней подложкой или нанесенный на слой герметика. Например, слой защитного материала наносят на герметик или слой чернил (например, вакуумной металлизацией, наноглинистыми покрытиями), наносят на слой полимера, а затем ламинируют между первым связующим слоем и внешней подложкой (например, вакуумным металлизированным полиэтилентерефталатом) или непосредственно ламинируют между первым связующим слоем и внешней подложкой (например, фольгой). Слой защитного материала функционирует, чтобы уменьшить скорость проницаемости водяных паров (MVTR) в или из упаковки, а также может служить для ограничения диффузии через стенки упаковки любых диффузных видов. Неограничивающие примеры диффузных видов включают O, CO, аромат и отдушку. Слой защитного материала имеет толщину от приблизительно 200 Ǻ до приблизительно 50 мкм, предпочтительно от приблизительно 200 Ǻ до приблизительно 9 мкм.
Слой защитного материала может быть любым материалом, который образует гибкую защитную упаковку, имеющую свойства, описанные в данной заявке. Примеры слоя защитного материала включают металл, оксид металла, полимер на биооснове, содержащий покрытие из металла, полимер на биооснове, содержащий покрытие из оксида металла, наноглину, покрытие из кремнеземных наночастиц, защитный полимер (например, биополигликолевой кислоты (PGA) из мономера биогликолевой кислоты, который получают от METabolic Explorer), алмазоподобное углеродное покрытие, полимерную матрицу, содержащую наполнитель, сывороточный слой и их смеси. Полимерная матрица, содержащая наполнитель, может состоять из любого защитного полимера и любого наполнителя, в любом количестве, при условии, что в результате гибкая защитная упаковка имеет механические свойства, описанные в данной заявке. В иллюстративных осуществлениях металл, оксид металла, покрытие из металла, или покрытие из оксида металла, выбирают из группы, состоящей из фольги, металлизированного двуосно-ориентированного полипропилена (mBOPP), металлизированного PET (mPET), металлизированного полиэтилена (mPE), алюминия, оксида алюминия, оксида кремния и их смесей. В некоторых осуществлениях mBOPP, mPET и mPE содержат биополипропилен, био-PET и биополиэтилен соответственно. В иллюстративных осуществлениях, наполнитель выбирают из группы, состоящей из наноглины, графена, оксида графена, графита, карбоната кальция, крахмала, воска, слюды, каолина, полевого шпата, стекловолокна, стеклянных шариков, стеклянных хлопьев, ценосфер, кремнезема, силиката, целлюлозы, ацетата целлюлозы и их смесей. В иллюстративных осуществлениях наноглину выбирают из группы, состоящей из монтмориллонита, бентонита, чешуек вермикулита, галлосита, клоизита, смектита и их смесей. Примеры слоя защитного материала раскрыты в патентах США №7,233,359 и 6,232,389, а также WO/2009/032748, каждый из которых включен в данную заявку путем ссылки. Материалы, которые могут быть использованы для слоя защитного материала, являются коммерчески доступными, как NANOLOK™ от Inmat.
Точный состав и толщина слоя защитного материала определяются целевым использованием гибкой защитной упаковки и чувствительностью потребительского продукта внутри гибкой защитной упаковки к получению или потере определенного материала. Например, если гибкая защитная упаковка содержит шампунь, критическое количество потерь воды из шампуня будет серьезно воздействовать на ее функционирование. На основании прогнозируемого времени, в течение которого упаковка, как ожидается, останется в продаже, определяется желательный срок хранения или срок годности. При известном приемлемом количестве потери воды, продолжительности времени в продаже и размере упаковки определяется приемлемый поток воды. Состав слоя защитного материала и толщина слоя защитного материала затем выбираются на основе конкретных критериев производительности и характеристик каждого потребительского продукта, который содержится внутри гибкой защитной упаковки.
Слой защитного материала покрыт на обеих сторонах вторым связующим слоем, который содержит адгезив, как описано выше в данной заявке. Второй связующий слой имеет толщину от приблизительно 1 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. Как описано выше в данной заявке, адгезив может быть адгезивом на основе растворителя или адгезивом без растворителя.
В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки содержат потребительский продукт, такой как жидкость или порошок. Как используют в данной заявке, «потребительский продукт» 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 продуктов включают пищевые продукты, напитки, салфетки, шампунь, кондиционер, лосьон для кожи, лосьон для бритья, жидкое мыло, мыло в брусках, зубную пасту, мусс, мыло для лица, мыло для рук, мыло для тела, увлажнитель, лосьон для бритья, жидкость для полоскания рта, гель для волос, дезинфицирующее средство для рук, стиральный порошок, средство для мытья посуды, моющее средство для посудомоечной машины, косметику и безрецептурные лекарственные средства. Гибкие защитные упаковки устойчивы к потребительскому продукту. Как используют в данной заявке, термин «устойчивые» относится к способности гибких защитных упаковок поддерживать их механических свойства и художественные работы на их поверхностях, как они были задуманы, без ухудшения из-за взаимодействия с потребительскими продуктами и диффузии или утечки потребительского продукта через или из гибкой защитной упаковки.
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ БИООСНОВЫ В МАТЕРИАЛАХ
Как используют в данной заявке, «содержание биоосновы» относится к количеству биоуглерода в материале в виде процента от веса (массы) общего органического углерода в продукте. Например, полиэтилен содержит два атома углерода в своем структурном звене. Если этилен получают из возобновляемого сырья, то гомополимер полиэтилена теоретически имеет содержание биоосновы 100%, поскольку все атомы углерода получены из возобновляемого сырья. Сополимер полиэтилена также может теоретически иметь содержание биоосновы 100%, если как этилен, так и сомономер, каждый получены из возобновляемого сырья. В осуществлениях, при этом сомономер не является полученным из возобновляемого сырья, HDPE как правило, содержит только от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 2 мас.% невозобновляемого сомономера, в результате чего HDPE имеет теоретическое содержание биоосновы немного меньше, чем 100%. В качестве другого примера, полиэтилентерефталат содержит десять атомов углерода в своем структурном звене (т.е. два из этиленгликолевого мономера и восемь из мономера терефталевой кислоты). Если этиленгликолевую часть получают из возобновляемого сырья, но терефталевую кислоту получают из сырья на нефтяной основе, теоретическое содержание биоосновы полиэтилентерефталата составляет 20%.
14
14
Приемлемым способом оценки материалов, выполненных из возобновляемого сырья, является ASTM D6866, который позволяет определение содержания биоосновы, используя радиоуглеродный анализ при помощи ускоренной масс-спектрометрии, жидкостного сцинтилляционного счетчика и изотопной масс-спектрометрии. Когда азот в атмосфере поражен нейтроном, излучаемым ультрафиолетовым светом, он теряет протон и образует углерод, который имеет молекулярную массу 14, который является радиоактивным. Этот С немедленно окисляется до углекислого газа, который представляет собой небольшую, но измеримую фракцию атмосферного углерода. Атмосферный углекислый газ циркулирует в зеленых растений с получением органических молекул в процессе, известном как фотосинтез. Цикл завершен, когда зеленые растения и другие формы жизни метаболизируют органические молекулы с образованием углекислого газа, что вызывает высвобождение углекислого газа обратно в атмосферу. Практически все формы жизни на Земле зависят от этой зеленой растительной продукции из органических молекул, которая производит химическую энергию, которая способствует росту и размножению. Таким образом, C, который существует в атмосфере, становится частью всех форм жизни и их биологических продуктов. Эти возобновляемые органические молекулы, которые биоразлагаются до углекислого газа, не способствуют глобальному потеплению, поскольку чистое увеличение углерода не выбрасывается в атмосферу. В противоположность этому углерод на основе ископаемого топлива не имеет соотношения сигнатуры радиоуглерода атмосферного углекислого газа. См. WO/2009/155086, включенный в данную заявку путем ссылки.
14
Применение ASTM D6866 для того, чтобы получить «содержание биоосновы» построено на тех же понятиях, что и радиоуглеродное датирование, но без использования возрастных уравнений. Анализ проводят путем получения соотношения количества радиоуглерода (C) в неизвестном образце и современного стандартного эталона. Соотношение сообщают в процентах с единицами «pMC» (процент современного углерода). Если анализируемый материал представляет собой смесь настоящего радиоуглерода и ископаемого углерода (не содержащего радиоуглерод), то полученное значение pMC коррелирует непосредственно с количеством материала биомассы, присутствующем в образце.
Современный стандартный эталон, который используют в радиоуглеродном датировании, представляет собой NIST (National Institute of Standards and Technology) эталон с эквивалентом известного радиоуглеродного содержания примерно на 1950 год нашей эры. 1950 год нашей эры был выбран потому, что представлял собой время до испытаний термоядерного оружия, которое ввело большое количество избыточного радиоуглерода в атмосферу с каждым взрывом (называется «бомбовый углерод»). Ссылка на 1950 год нашей эры представляет 100 рМС.
«Бомбовый углерод» в атмосфере почти в два раза превысил нормальный уровень в 1963 году на пике тестирования и до договора о Прекращении тестирования. Его распространение в атмосфере было аппроксимировано с момента его появления, показывая значения, большие чем 100 рМС, для растений и животных, живущих с 1950 нашей эры. Распределение бомбового углерода постепенно снижалось с течением времени, с сегодняшнего дня значение составляет приблизительно 107,5 рМС. В результате свежий материал биомассы, такой как кукуруза, может привести к радиоуглеродной подписи приблизительно 107,5 рМС.
Углерод на нефтяной основе не имеет соотношения подписи радиоуглерода атмосферного углекислого газа. Исследование отметило, что ископаемое топливо и химические продукты из нефти имеют менее чем приблизительно 1 рМС и типично менее чем приблизительно 0,1 рМС, например менее чем приблизительно 0,03 рМС. Однако соединения, которые получены исключительно из возобновляемого сырья, содержат, по меньшей мере, приблизительно 95 процентов современного углерода (рМС), предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 99 рМС, например приблизительно 100 рМС.
Объединение ископаемого углерода с современным углеродом в материале приведет к разбавлению современного содержания рМС. Предполагая, что 107,5 рМС представляет современные материалы биомассы и 0 рМС представляет нефтепродукты, измеренное значение рМС для этого материала будет отражать пропорции двух типов компонентов. Материал, полученный 100% из современной сои, даст радиоуглеродную подпись приблизительно 107,5 рМС. Если материал разбавляют 50% нефтепродуктами, это даст радиоуглеродную подпись приблизительно 54 рМС.
Результат содержания биоосновы получают путем присвоения 100%, равного 107,5 рМС, и 0%, равного 0 рМС. В связи с этим образец 99 рМС измерения будет давать эквивалентный результат содержания биоосновы 93%.
Оценка материалов, описанных в данной заявке, была выполнена в соответствии с ASTM D6866, в частности метод В. Средние значения, указанные в данной заявке, охватывают абсолютный диапазон 6% (плюс и минус 3% по обе стороны от значения содержания биоосновы) для учета вариации радиоуглеродных подписей в конечных компонентах. Предполагается, что все материалы, которые присутствуют, являются современными или ископаемого происхождения и что желаемый результат является количеством «современного» биокомпонента в материале, а не количеством биоматериала, «использованного» в производственном процессе.
Другие методы для оценки содержания биоосновы материалов описаны в патентах США №3,885,155, 4,427,884, 4,973,841, 5,438,194 и 5,661,299, WO 2009/155086, каждый из которых включен в данную заявку путем ссылки.
ХАРАКТЕРИСТИКА
Срок годности
Гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, имеют срок годности, по меньшей мере, приблизительно один год, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два года. Как используют в данной заявке, «срок годности» относится к периоду времени, когда гибкая защитная упаковка сохраняет свои оригинальные дизайнерские - целевые свойства и внешний вид, без ухудшения или непригодности для использования. Неспособность поддерживать оригинальные, разработанные целевые свойства и внешний вид будет включать утечку продукта через область термоизоляции или просачивание продукта через слои слоистого материала гибкой защитной упаковки, утечку чернил, выцветание чернил, расслоение слоистого материала или химическую реакцию между гибкой защитной упаковкой и потребительским продуктом, содержащимся в упаковке, что приводит к снижению эффективности потребительского продукта. Во время срока годности гибкой защитной упаковки физическая и химическая целостность гибкой защитной упаковки сохраняются в течение времени хранения, перевозки и использования потребителем. Дополнительно, внешний вид упаковки (например, изначальность фотошаблона и целостность упаковки) сохраняются.
Срок годности гибкой защитной упаковки может быть протестирован путем размещения гибкой защитной упаковки в камере при постоянной температуре, постоянной влажности в течение конкретного периода времени, а затем проверки упаковок на разрушение, о чем свидетельствует утечка, неприемлемая потеря материалов выше заметной массы, выцветание чернил, утечка чернил или расслоение упаковки. Высокие температуры используют в попытке ускорить процесс старения, и они могут быть использованы для прогнозирования в более долгосрочной перспективе стабильности и химического влияния при неускоренных условиях. Эти данные могут быть использованы для установки срока годности при комнатной температуре. Например, специалист в данной области техники предполагает, что скорость старения может быть ускорена в два раза на повышение температуры на каждые десять градусов по Цельсию, как было бы в случае применения закона скорости Аррениуса. Таким образом, гибкая защитная упаковка помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) и 55°C на период два месяца, и рассматривается эквивалентно гибкая защитная упаковка при 50% RH и 25°C на период 16 месяцев. После ускоренного процесса старения гибкую защитную упаковку тестируют на потерю массы и утечку и фотошаблон проверяется на изменение цвета, утечку и тому подобное. Если гибкая защитная упаковка имеет физические свойства или внешний вид, который ухудшается ниже потребительского приемлемого уровня, то гибкая защитная упаковка считается неудачной. Потребительски приемлемый уровень является легко наблюдаемым изменением физического или механического свойства упаковки, таким как утечка чернил, расслоение и/или изменение цвета, которые будут заметны потребителем при выборе продукта в магазине и по сравнению с эталоном.
В некоторых осуществлениях, например, когда гибкая защитная упаковка является однослойной упаковкой, не содержащей чернила, упаковка имеет потерю массы менее чем приблизительно 1 мас.%, исходя из общей массы упаковки, когда она заполнена на три четверти ее объема стиральным порошком а (т.е. приблизительно 30 мас.% кальцинированной соды, приблизительно 67 мас.% цеолита, приблизительно 1,5 мас.% метилантранилата и приблизительно 1,5 мас.% этил ацетата, исходя из общей массы композиции), герметизирована и помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца, а затем взвешена, помещена на стандартный вибрационный стол, подвержена 1-часовому циклу колебаний с линейным изменением частоты 1 Гц/мин от 0 до приблизительно 60 Гц, а затем в течение 1 часа с линейным изменением частоты 1 Гц/мин от приблизительно 60 Гц до 0 Гц, а затем взвешена повторно.
Скорость проницаемости водяных паров
Гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, имеют скорость проницаемости водяных паров (MVTR), которая сводит к минимуму передачу влаги через гибкую защитную упаковку во внешнюю среду или в потребительский продукт внутри гибкой защитной упаковки. MVTR является неизменной скоростью, при которой водяной пар проникает через пленку при определенных условиях температуры и относительной влажности и может быть определена с использованием ASTM F1249. Когда потребительский продукт является жидкостью, MVTR гибкой защитной упаковки препятствует потере влаги из жидкости в окружающую среду. Когда потребительский продукт представляет собой порошок или изделие (например, детский подгузник), MVTR гибкой защитной упаковки препятствует поглощению влаги порошком или изделием из внешней среды.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Гибкая защитная упаковка, как описано в данной заявке, имеет MVTR менее чем приблизительно 10 грамм на квадратный метр в сутки (г/м/сутки), предпочтительно менее чем приблизительно 5 г/м/сутки, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 г/м/сутки, даже более предпочтительно менее чем приблизительно 1 г/м/сутки, еще более предпочтительно менее чем приблизительно 0,6 г/м/сутки, например менее чем приблизительно 0,4 г/м/сутки или менее чем приблизительно 0,2 г/м/сутки при приблизительно 37°C и приблизительно 90% относительной влажности (RH), как определено в соответствии с ASTM F1249. В некоторых осуществлениях, когда гибкая защитная упаковка содержит порошок, MVTR составляет менее чем приблизительно 10 г/м/сутки, предпочтительно менее чем приблизительно 5 г/м/сутки, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 г/м/сутки, например менее чем приблизительно 1 г/м/сутки при приблизительно 37°C и приблизительно 90% RH, как определено в соответствии с ASTM F1249. В некоторых осуществлениях, когда гибкая защитная упаковка содержит жидкость, MVTR составляет менее чем приблизительно 2 г/м/сутки, предпочтительно менее чем приблизительно 1 г/м/сутки, более предпочтительно менее чем приблизительно 0,6 г/м/сутки, например менее чем приблизительно 0,4 г/м/сутки или менее чем приблизительно 0,2 г/м/сутки при приблизительно 37°C и приблизительно 90% RH, как определено в соответствии с ASTM F1249. MVTR гибких защитных упаковок, описанных в данной заявке, могут быть настроены путем регулирования состава и толщины герметика, внешней подложки, необязательной экструдированной подложки и/или необязательного слоя защитного материала. Например, MVTR уменьшается по мере увеличения толщины герметика и когда отсутствует другая защита, и, в частности, MVTR уменьшается по мере увеличения слоя защитного материала или поскольку защитный слой имеет более низкую MVTR.
Модуль упругости при растяжении
Гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, также могут быть охарактеризованы модулем упругости при растяжении. Модуль упругости при растяжении является напряжением, деленным на растяжение в линейном участке кривой деформационного напряжения. В некоторых осуществлениях модуль упругости при растяжении гибких защитных упаковок можно определить при помощи ASTM D882, используя пленку шириной 15,0 или 25,4 мм, сцепление зазором приблизительно 50 мм и скорость ползуна приблизительно 300 м/мин. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки в соответствии с настоящим изобретением имеют модуль упругости при растяжении от приблизительно 140 МПа до приблизительно 4140 МПа. Если модуль упругости при растяжении гибких защитных упаковок является слишком низким, то это может привести к разрушению или исказить линии преобразования пленки, когда пленка находится под напряжением.
Кинетический коэффициент трения
Кинетический коэффициент трения является безразмерным скалярным значением, которое описывает соотношение силы трения между двумя телами в относительном движении друг к другу и силы прижимания их вместе. Кинетический коэффициент трения может быть определен при помощи ASTM D1894. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки в соответствии с настоящим изобретением имеют кинетический коэффициент трения между каждым из герметика и герметика второй упаковки и внешней подложкой и внешней подложкой второй упаковки не более чем приблизительно 0,5, предпочтительно не более чем приблизительно 0,4, более предпочтительно не более чем приблизительно 0,2 между двумя слоями гибкой защитной упаковкой при массе катка приблизительно 200 г и скорости ползуна приблизительно 150 мм/мин. Например, гибкие защитные упаковки в соответствии с настоящим изобретением могут иметь кинетический коэффициент трения от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5, или от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5, или от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 между двумя слоями гибкой защитной упаковки при массе катка приблизительно 200 г и скорости ползуна приблизительно 150 мм/мин. Если кинетический коэффициент трения является слишком высоким, то пленка не будет функционировать должным образом на линиях преобразования пленки.
Статический коэффициент трения
Статический коэффициент трения является трением между двумя твердыми объектами, которые не движутся относительно друг друга. Статическая сила трения должна быть преодолена с помощью приложенной силы до того, как объект может двигаться. Статический коэффициент трения между каждым из герметика и герметика второй упаковки и внешней подложкой и внешней подложкой второй упаковки может быть определен при помощи ASTM D1894. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки в соответствии с настоящим изобретением имеют статический коэффициент трения не более чем приблизительно 0,5, предпочтительно не более чем приблизительно 0,4, более предпочтительно не более чем приблизительно 0,2 между двумя слоями гибкой защитной упаковки при массе катка приблизительно 200 г и скорости ползуна приблизительно 150 мм/мин. Если статический коэффициент трения является слишком высоким, то пленка не будет функционировать должным образом на линиях преобразования пленки.
Максимальная нагрузка
Максимальная нагрузка является максимальной величиной силы, которую пленки могут выдержать, прежде чем разрушиться. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, могут выдерживать максимальную нагрузку приблизительно 50 Н в поперечном направлении (CD) и приблизительно 65 Н в продольном направлении (MD), как определено в соответствии с ASTM D882. Если максимальная нагрузка слишком мала, то пленка будет разрушаться, при приложении напряжения к линиям преобразования пленки.
Прочность ламинирования
Слоистые материалы получают путем соединения вместе двух или более слоев или складок материала или материалов. Их производительность часто зависит от способности слоистого материала функционировать как единое целое. Если слои не были должным образом соединены вместе, производительность может быть очень низкой. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, проявляют прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку, по меньшей мере, приблизительно 1 Н, по меньшей мере, приблизительно 2 Н, по меньшей мере, приблизительно 3 Н, по меньшей мере, приблизительно 4 Н, по меньшей мере, приблизительно 5 Н, по меньшей мере, приблизительно 6 Н, или, по меньшей мере, приблизительно 7 Н на 25,4 мм ширины образца, как это определено при помощи ASTM F904. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, проявляют прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку друг к другу, по меньшей мере, приблизительно 7 Н, по меньшей мере, приблизительно 8 Н, или, по меньшей мере, приблизительно 9 Н на 15 мм ширины образца, как это определено при помощи ASTM F904.
Упаковки, описанные в данной заявке, которые содержат внешнюю подложку, но не содержат слой защитного материала (например, упаковки, представленные на Фигурах 1, 2 и 4), проявляют прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 2 Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 Н, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 Н на 25,4 мм ширины образца, как это определено при помощи ASTM F904, после того как упаковка заполнена на три четверти ее объема стиральным порошком α и помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца.
Стиральный порошок α
Компонент
Количество (мас.%)
Кальцинированная сода
приблизительно 30,0
Цеолит
приблизительно 67,0
Метил антранилат
приблизительно 1,5
Этил ацетат
приблизительно 1,5
Стиральный порошок а получают смешиванием вместе кальцинированной соды и цеолита в сосуде соответствующего размера в соответствующем смесителе, а затем медленно прикапывая метил антранилат (жидкость) и этилацетат. Полученный порошок немедленно упаковывают в гибкую защитную упаковку, описанную в данной заявке, и упаковку подвергают термоизоляции в соответствии со способами, известными специалисту в данной области техники.
Упаковки, описанные в данной заявке, которые содержат как внешнюю подложку, так и слой защитного материала (например, упаковка, представленная на Фигуре 3), после того как они заполнены на три четверти их объема шампунем p и помещены в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца, проявляют (i) прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 2 Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 Н, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904; (ii) прочность ламинирования между герметиком и слоем защитного материала, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 2 Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 Н, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904, и (iii) прочность ламинирования между слоем защитного материала и внешней подложкой, по меньшей мере, приблизительно 1,0 Н, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 2 Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 Н, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 Н на 25,4 мм ширины образца, как это определено при помощи ASTM F904.
Шампунь β
Компонент
Количество (мас.%)
Аммоний лаурет-3 сульфат
приблизительно 10,0
Аммоний лаурил сульфат
приблизительно 6,0
Цетиловый спирт
приблизительно 0,6
Натрий хлорид
приблизительно 0,7
Натрий цитрат дигидрат
приблизительно 0,4
Лимонная кислота
приблизительно 0,15
Метил антранилат
приблизительно 1,5
Этил ацетат
приблизительно 1,5
Вода
приблизительно 20,85
Шампунь β получают добавлением дистиллированной воды в соответствующий сосуд и перемешиванием его с соответствующей скоростью (например, от приблизительно 100 до приблизительно 200 оборотов в минуту) с использованием лезвия соответствующего размера для перемешивания. Раствор лимонной кислоты добавляют в сосуд с последующим добавлением аммоний лаурет-3 сульфата и аммоний лаурил сульфата. Полученную смесь нагревают до 60°C и цетиловый спирт добавляют при перемешивании. Перемешивание продолжают, пока смесь не станет однородной. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры и метил антранилат и этил ацетат добавляют к ней при перемешивании. рН полученного раствора регулируют по мере необходимости до 5,5 с использованием либо 1,0 М HCl (водн.) или 1,0 М NaOH (водн.). Полученный шампунь немедленно упаковывают в упаковку, описанную в данной заявке, и упаковку подвергают термоизоляции в соответствии со способами, известными специалисту в данной области техники.
Износостойкость
Упаковки, описанные в данной заявке, которые не содержат внешнюю подложку (например, упаковка, представленная на Фигуре 5), можно охарактеризовать с помощью ASTM D5264-98. Это метод испытания износостойкости печатных материалов с использованием аппарата для определения сопротивления истиранию Sutherland. Абразивное повреждение может произойти во время транспортировки, хранения, обработки и конечного использования. Результатом является значительное ухудшение внешнего вида продукта и удобочитаемости информации о продукте. Упаковки, описанные в данной заявке, которые не содержат внешнюю подложку, не проявляют переноса чернил на образец, как определено в соответствии с ASTM D5264-98, после того как упаковка заполнена на три четверти ее объема стиральным порошком α, как описано выше, и помещена в камеру при 50% относительной влажности (RH) при 55°C на период, по меньшей мере, приблизительно один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно два месяца, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 месяца, даже более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4 месяца, используя четырехфунтовую установку для пяти ударов.
Прочность термоизоляции
Прочность термоизоляции является пиковым усилием, при котором термоизоляция может быть разделена. Прочность термоизоляции можно измерить с помощью ASTM F88 с использованием полос, разрезанных на ширину 15 или 25,4 мм, давлении приблизительно 2,5 бар, времени выполнения операции приблизительно 0,5 секунды, скорости ползуна 200 мм/мин или 300 мм/мин и температуре от приблизительно 60°C до приблизительно 200°C или от приблизительно 140°C до приблизительно 180°C. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки в соответствии с настоящим изобретением обладают прочностью термоизоляции, по меньшей мере, приблизительно 55 Н (например, по меньшей мере, приблизительно 65 Н, по меньшей мере, приблизительно 75 Н, по меньшей мере, приблизительно 85 Н, по меньшей мере, приблизительно 95 Н) на 25,4 мм ширины с использованием температуры термоизоляции от приблизительно 60°C до приблизительно 200°C. В некоторых осуществлениях гибкие защитные упаковки в соответствии с настоящим изобретением обладают прочностью термоизоляции, по меньшей мере, приблизительно 35 Н (например, по меньшей мере, приблизительно 45 Н, по меньшей мере, приблизительно 55 Н, по меньшей мере, приблизительно 65 Н, по меньшей мере, приблизительно 75 Н) на 15 мм ширины с использованием температуры термоизоляции от приблизительно 60°C до приблизительно 200°C. Если прочность термоизоляции является слишком низкой, то содержимое может вытечь из гибкой защитной упаковки.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Гибкие защитные упаковки, описанные в данной заявке, получают путем ламинирования. Ламинирование включает соединение вместе двух или более отдельных пленок в многослойную структуру, обеспечивая комбинацию свойств. Внешний слой слоистого материала (то есть внешняя подложка) обеспечивает износостойкость, термостойкость для герметизации и высокий уровень эстетических свойств (обычно через обратную печать). Внутренний слой (т.е. герметик) часто обеспечивает улучшенные защитные свойства, в то время как внутренний слой (например, первый связующий слой) обеспечивает средства для соединения структур вместе.
Адгезивное ламинирование хорошо известно специалистам в данной области техники. Способы изготовления упаковок с помощью адгезивного ламинирования описаны в патенте США №3,462,239 и США 2006/0003122, каждый из которых включен в данную заявку путем ссылки.
Экструзионное ламинирование также хорошо известно специалистам в данной области техники. В экструзионном ламинировании различные слои склеены вместе посредством литья тонкого слоя расплавленной пластмассы (т.е. экструдированной подложки) между слоями пленки (например, герметика и внешней подложки), способами, известными специалисту в данной области техники. Дополнительно, два или более слоев можно экструдировать непосредственно на подложку для получения в результате многослойной пленки. Способы изготовления упаковок с помощью экструзионного ламинирования описаны в патенте США №7,281,360, включенном в данную заявку путем ссылки.
Термоизоляция представляет собой процесс, в котором нагретый захват используют для контактирования двух слоев пленки герметика друг с другом под давлением и расплавления их вместе, образуя надежное уплотнение. Термоизоляцию пленок обычно проводят в лабораториях упаковки, вручную с помощью горизонтальных или вертикально расположенных захватов, чтобы сформировать упаковку из гибкой упаковочной пленки, а также для герметизации упаковки, закрытой после ее наполнения продуктом. Существуют три переменные, которые рассматривают при термоизоляции пленки: температура нагретых захватов, давление герметизации, которое используют, чтобы привести две пленки в контакт друг с другом, и время герметизации. Вместе эти переменные обеспечивают продолжительность времени, необходимого для контактирования слоев герметика вместе под давлением и теплом. Температура герметизации зависит от температуры плавления и уплотнительного окна конкретного герметика, который используют. Давления герметизации, как правило, достаточны, чтобы обеспечить хороший механический контакт двух пленок (например, приблизительно 2 бар). Время герметизации может варьироваться по мере необходимости для надлежащей прочности уплотнения, как правило, от приблизительно 1 до приблизительно 3 секунд.
Иллюстративные осуществления
2
В некоторых иллюстративных осуществлениях гибкая защитная упаковка представляет собой 2-слойную упаковку, как показано на Фигуре 1, где герметик выбирают из группы, состоящей из LLDPE, LDPE, HDPE, крахмала и их смесей, и внешнюю подложку выбирают из группы, состоящей из PET, PEF, целлюлозы, РНА, PLA и их смесей. В этих осуществлениях упаковка проявляет MVTR не более чем приблизительно 1,8 г/м/сутки при 37,8°C и 100% относительной влажности (RH), как определено в соответствии с ASTM F1249; кинетический коэффициент трения между каждым из герметика и герметика второй упаковки и внешней подложкой и внешней подложкой второй упаковки не более чем приблизительно 0,4 при массе катка приблизительно 200 г и скорости ползуна приблизительно 150 мм/мин, как определено в соответствии с ASTM D1894; прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку приблизительно 5 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904; и прочность термоизоляции, по меньшей мере, приблизительно 55 Н на 25,4 мм ширины, как определено в соответствии с ASTM F88, с использованием температуры термоизоляции от приблизительно 140°C до приблизительно 180°C. Дополнительно, эти гибкие защитные упаковки могут выдерживать максимальную нагрузку приблизительно 50 Н в поперечном направлении (CD) и приблизительно 65 Н в продольном направлении (MD), как определено в соответствии с ASTM D882. Например, гибкая защитная упаковка может содержать герметик, состоящий из LDPE толщиной приблизительно 50 мкм, первый связующий слой, который содержит адгезив на основе растворителя толщиной приблизительно 3 мкм, и внешнюю подложку, состоящую из PET, толщиной приблизительно 12 мкм, на которую чернила наносят при толщине приблизительно 3 мкм.
2
В других иллюстративных осуществлениях гибкая защитная упаковка представляет собой 3-слойную упаковку, как показано на Фигуре 3, где герметик выбирают из группы, состоящей из LDPE, LLDPE, HDPE, ULDPE и их смесей; внешнюю подложку выбирают из группы, состоящей из PET, PEF и их смесей; и слой защитного материала выбирают из группы, состоящей из фольги, mBOPP и металлизированного PET. В этих осуществлениях гибкая защитная упаковка проявляет MVTR не более чем приблизительно 0,9 г/м/сутки после 5 циклов изгиба, как определено в соответствии с ASTM F1249; кинетический коэффициент трения между слоем защитного материала и внешней подложкой от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5 в продольном направлении при массе катка приблизительно 200 г и скорости ползуна приблизительно 150 мм/мин, как определено в соответствии с ASTM D1894; и прочность ламинирования более чем приблизительно 1,6 Н на 25,4 мм ширины образца между герметиком и слоем защитного материала и более чем приблизительно 2,5 Н на 25,4 мм ширины образца между слоем защитного материала и внешней подложкой со скоростью ползуна 250 мм, как определено в соответствии с ASTM F904. Например, гибкая защитная упаковка может содержать герметик, состоящий из LDPE и LLDPE с толщиной приблизительно 40 мкм, первый связующий слой, который содержит адгезив толщиной приблизительно 3 мкм; слой защитного материала, состоящий из металлизированного двуосно-ориентированного полипропилена (mBOPP) толщиной приблизительно 18 мкм; второй связующий слой, который содержит адгезив толщиной приблизительно 2 мкм, и внешнюю подложку, содержащую PET толщиной приблизительно 12 мкм, на которую чернила наносят методом оттиска с выворотной печатной формы.
В дополнительных иллюстративных осуществлениях гибкая защитная упаковка является 2-слойной упаковкой, как показано на Фигуре 1, где герметик выбирают из группы, состоящей из LLDPE, LDPE, HDPE и их смесей; и внешнюю подложку выбирают из группы, состоящей из LDPE, LLDPE, HDPE и их смесей. В этих осуществлениях гибкая защитная упаковка проявляет кинетический коэффициент трения между каждым из герметика и герметика второй упаковки и внешней подложкой и внешней подложкой второй упаковки не более чем приблизительно 0,2 при массе катка приблизительно 200 г и скорости ползуна приблизительно 150 мм/мин, как определено в соответствии с ASTM D1894; прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку более чем приблизительно 4 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904, и прочность термоизоляции, по меньшей мере, 25 Н на 25,4 мм ширины, как определено в соответствии с ASTM F88, с использованием температуры термоизоляции приблизительно 140°C, давления герметизации приблизительно 3 бар и времени герметизации приблизительно 0,5 секунды. Дополнительно, эти гибкие защитные упаковки могут выдержать максимальную нагрузку приблизительно 50 Н в поперечном направлении (CD) и приблизительно 65 Н в продольном направлении (MD), как определено в соответствии с ASTM D882. Например, гибкая защитная упаковка может содержать герметик, состоящий из LDPE и LLDPE толщиной приблизительно 30 мкм, первый связующий слой, который содержит адгезив толщиной приблизительно 3 мкм, и внешнюю подложку, состоящую из LDPE и LLDPE толщиной приблизительно 70 мкм, на которую наносят чернила.
В других иллюстративных осуществлениях гибкая защитная упаковка представляет собой 2-слойную упаковку, как показано на Фигуре 1, где герметик выбирают из группы, состоящей из LDPE, LLDPE, HDPE и их смесей; и внешняя подложка представляет собой нейлон. В этих осуществлениях гибкая защитная упаковка проявляет прочность ламинирования герметика на внешнюю подложку, по меньшей мере, приблизительно 7 Н на 15 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904; и прочность термоизоляции приблизительно 35,3 Н на 15 мм при приблизительно 300 мм/мин, как определено в соответствии с ASTM F88. Например, гибкая защитная упаковка может содержать герметик, состоящий из LLDPE толщиной приблизительно 100 мкм, первый связующий слой, который содержит адгезив толщиной приблизительно 3 мкм, и внешнюю подложку, состоящую из нейлона толщиной приблизительно 15 мкм, на которую чернила наносят методом оттиска с выворотной печатной формы.
В дополнительных иллюстративных осуществлениях гибкая защитная упаковка представляет собой 2-слойную упаковку, как показано на Фигуре 4, где герметик выбирают из группы, состоящей из LDPE, LLDPE, HDPE и их смесей; внешнюю подложку выбирают из группы, состоящей из PET, PEF и их смесей, и экструдированную подложку выбирают из группы, состоящей из LDPE, LLDPE, HDPE и их смесей. В этих осуществлениях упаковка проявляет статический коэффициент трения от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 между каждым из герметика и внешней подложки, и внешней подложкой и внешней подложкой второй упаковки при массе катка приблизительно 200 г и скорости ползуна приблизительно 150 мм/мин, как определено в соответствии с ASTM D1894; прочность ламинирования каждого из герметика на экструдированную подложку и экструдированной подложки на внешнюю подложку, по меньшей мере, приблизительно 1,7 Н на 25,4 мм ширины образца, как определено в соответствии с ASTM F904; и прочность термоизоляции, по меньшей мере, приблизительно 30 Н на 25,4 мм ширины, как определено в соответствии с ASTM F88, с использованием температуры термоизоляции приблизительно 130°C, давления приблизительно 3 бар, и времени герметизации приблизительно 1,5 секунд. Например, гибкая защитная упаковка может содержать герметик, состоящий из LDPE и LLDPE толщиной приблизительно 60 мкм, экструдированную подложку, состоящую из LDPE толщиной приблизительно 20 мкм, и герметик, состоящий из PET толщиной приблизительно 12 мкм.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В некоторых альтернативных осуществлениях в любом из осуществлений, описанных в данной заявке, герметик, внешняя подложка, экструдированная подложка, защитный материал, первый связующий слой, второй связующий слой или их смеси включают переработанный материал вместо или в дополнение к биооснове в количестве до 100% биоосновы. Как используют в данной заявке, «переработанные» материалы охватывают переработанные после использования потребителем (PCR) материалы, переработанные после использования в промышленности (PIR) материалы и их смесь.
В этих альтернативных осуществлениях, например, герметик может содержать не более чем приблизительно 10 мас.% необработанного материала на нефтяной основе, исходя из общей массы герметика. Первый связующий слой может содержать адгезив, который состоит из не более чем приблизительно 5 мас.% необработанного материала на нефтяной основе, исходя из общей массы адгезива. Внешняя подложка может содержать не более чем приблизительно 5 мас.% необработанного материала на нефтяной основе, исходя из общей массы внешней подложки. Необязательная экструдированная подложка может содержать не более чем приблизительно 15 мас.% необработанного материала на нефтяной основе, исходя из общей массы экструдированной подложки.
Обработанный материал на нефтяной основе для каждого из этих компонентов (например, герметик, внешняя подложка, экструдированная подложка, защитный материал, первый связующий слой, второй связующий слой или их смеси) может состоять из материала на биооснове, переработанного материала или их смеси. Например, если герметик содержит не более чем приблизительно 10 мас.% необработанного материала на нефтяной основе, по меньшей мере, приблизительно 90 мас.% обработанного материала на нефтяной основе могут включать от 0 мас.% до приблизительно 90 мас.% материала на биооснове и от 0 мас.% до приблизительно 90 мас.% переработанного материала, исходя из общей массы герметика (например, 10 мас.% материала на биооснове и 80 мас.% переработанного материала, или приблизительно 20 мас.% материала на биоснове и приблизительно 70 мас.% переработанного материала, или приблизительно 30 мас.% материала на биооснове и приблизительно 60 мас.% переработанного материала, или приблизительно 40 мас.% материала на биоснове и приблизительно 50 мас.% переработанного материала, или приблизительно 50 мас.% материала на биоснове и приблизительно 40 мас.% переработанного материала, или приблизительно 60 мас.% материала на биоснове и приблизительно 30 мас.% переработанного материала, или приблизительно 70 мас.% материала на биоснове и 20 мас.% переработанного материала, или приблизительно 80 мас.% материала на биоснове и приблизительно 10 мас.% переработанного материала, исходя из общей массы герметика).