СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
LAYERED MATERIAL AND METHOD OF PRODUCING SAID MATERIAL

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к новому слоистому материалу.
Уровень техники
При упаковке некоторых продуктов, в частности, таких как пищевые продукты, крайне желательно затруднить или предотвратить прохождение кислорода и/или водяного пара через упаковку. Несмотря на то что проникновение самого кислорода или водяного пара необязательно приводит к порче продукта, качество продукта и срок годности при хранении продукта могут ухудшаться при воздействии этих веществ.
В упаковочных контейнерах различных форм и размеров часто используют 100% алюминиевые уплотнения, чтобы защитить продукты внутри контейнера от кислорода или водяного пара. Эти уплотнения часто вводят между собственно контейнером и какой-либо крышкой. В других конфигурациях алюминиевое уплотнение может быть единственной крышкой, которую имеет контейнер.
Уплотнения, сделанные из алюминия, часто выбирают на основании высоких барьерных свойств алюминия. Эффективность таких барьеров зависит как от типа использованного материала, так и от толщины барьера. Например, слой 100% алюминиевой фольги толщиной 0.001 дюйма является непроницаемым для влаги и кислорода, а слой 100% алюминиевой фольги толщиной 0.00035 дюйма имеет скорость пропускания водяного пара 0.02 грамма или меньше на 100 квадратных дюймов.
Однако, по причине повышающейся стоимости алюминия, появилась необходимость в использовании альтернативных мембран, более дешевых, чем алюминий, но все еще имеющих необходимые барьерные свойства. Кроме того, высокие толщины алюминия, используемого в известных мембранах, создают некоторый риск для потребителя, когда потребитель прокалывает уплотнение рукой. В частности, острые кромки алюминия, окружающие место прокола, могут вызвать царапины или разрезать руку. Попытки замены 100% алюминиевых уплотнений более дешевыми уплотнениями без алюминия имели ограниченный успех. Одной из причин этого является то, что кроме необходимых барьерных свойств материал замены должен выдерживать различные режимы изготовления и обработки, которым подвергаются упаковочные контейнеры.
Сущность изобретения
В связи с изложенным настоящее изобретение направлено на создание нового способа изготовления слоистого материала. Способ включает в себя следующие операции: (1) использование внутреннего слоя из алюминиевой фольги, бумажного среднего слоя и внешнего слоя из алюминиевой фольги; (2) ламинирование внутренним слоем алюминиевой фольги среднего слоя при помощи адгезивного ламинирования полиуретаном, поливинилацетатом или адгезивом акрилового типа, или при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом; (3) отверждение внутреннего и среднего слоев; (4) ламинирование среднего слоя и внешнего слоя при помощи адгезивного ламинирования полиуретаном, поливинилацетатом или адгезивом акрилового типа, или при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом; и (5) отверждение внутреннего, среднего и внешнего слоев.
В первом варианте способ предусматривает (1) использование внутреннего слоя из алюминиевой фольги, бумажного среднего слоя и внешнего слоя из алюминиевой фольги; (2) ламинирование внутренним слоем алюминиевой фольги среднего слоя при помощи адгезивного ламинирования поливинилацетатом; (3) отверждение внутреннего и среднего слоев; (4) ламинирование среднего слоя и внешнего слоя при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом; и (5) отверждение внутреннего, среднего и внешнего слоев.
В другом аспекте изобретение направлено на создание нового слоистого материала. Слоистый материал содержит внутренний слой из алюминиевой фольги, причем внутренний слой связан с первой стороной среднего бумажного слоя. Средний слой связан на второй стороне с внешним слоем алюминиевой фольги. Внутренний и внешний слои связаны с первой и второй сторонами среднего слоя при помощи адгезивного ламинирования полиуретаном, поливинилацетатом или адгезивом акрилового типа, или при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом.
В другом варианте слоистый материал содержит внутренний слой из алюминиевой фольги, причем указанный внутренний слой связан с первой стороной среднего бумажного слоя. Средний слой связан на второй стороне с внешним слоем алюминиевой фольга. Внутренний слой связан со средним слоем при помощи адгезивного ламинирования поливинилацетатом, а средний слой связан с внешним слоем при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом.
Дополнительно, в соответствии с одним из вариантов, предусмотрен слоистый материал, который содержит внутренний слой из алюминиевой фольги, связанный с первой стороной среднего слоя из пластмассовой пленки. Средний слой связан на второй стороне с внешним слоем из алюминиевой фольги. Внутренний и внешний слои связаны с первой и второй сторонами среднего слоя при помощи адгезивного ламинирования полиуретаном, поливинилацетатом или адгезивом акрилового типа, или при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано с увеличением поперечное сечение варианта слоистого материала в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показано с увеличением поперечное сечение альтернативного варианта слоистого материала в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Далее будут подробно описаны варианты изобретения, один или несколько примеров которого приведены ниже. Каждый пример приведен только для пояснения и не имеет ограничительного характера. Специалисты в данной области могут сделать различные изменения настоящего изобретения, не выходя за рамки и сущность настоящего изобретения. Например, признаки, описанные как часть одного из вариантов, могут быть использованы в другом варианте, чтобы получить еще один вариант.
Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение перекрывает все такие изменения и вариации, которые не выходят за рамки формулы изобретения и ее эквивалентов. Все другие объекты, признаки и аспекты настоящего изобретения раскрыты в последующем подробном описании изобретения. Следует иметь в виду, что приведено описание только примерных вариантов, не предназначенное для ограничения более широких аспектов настоящего изобретения.
В первом варианте слоистый материал содержит внутренний слой из алюминиевой фольги, причем указанный внутренний слой связан с первой стороной среднего бумажного слоя. Использованные здесь термины "внутренний слой" или "внутренний слой из алюминиевой фольги" определены как слой, расположенный ближе всего к продукту. Таким образом, если слоистый материал использован для формования контейнера или пакета, или сварен с образованием контейнера, то "внутренний слой" из алюминиевой фольги представляет собой слой, расположенный ближе всего к внутренней поверхности контейнера или пакета, или слой, расположенный ближе всего к продукту.
Средний слой связан на второй стороне с внешним слоем из алюминиевой фольги. Использованные здесь термины "внешний слой" или "внешний слой из алюминиевой фольги" определены как слой, расположенный дальше всего от продукта. Таким образом, если слоистый материал использован для формования контейнера или пакета, или сварен с образованием контейнера, то "внешний слой" из алюминиевой фольги представляет собой слой, расположенный снаружи от контейнера или пакета, или слой, расположенный дальше всего от продукта.
В первом варианте внутренний и внешний слои связаны с первой и второй сторонами среднего слоя при помощи адгезивного ламинирования полиуретаном, поливинилацетатом или адгезивом акрилового типа, или при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом.
В соответствии с другим вариантом изобретения внутренний слой связан со средним слоем при помощи адгезивного ламинирования поливинилацетатом. В соответствии с еще одним вариантом средний слой связан с внешним слоем при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом. В специфическом варианте внутренний слой связан со средним слоем при помощи адгезивного ламинирования поливинилацетатом, а средний слой связан с внешним слоем при помощи экструзионного ламинирования полиэтиленом.
В соответствии с некоторыми вариантами внутренний слой из алюминиевой фольги может иметь толщину в диапазоне ориентировочно от 12 до 45 мкм. В других вариантах внутренний слой из алюминиевой фольги может иметь толщину в диапазоне ориентировочно от 15 до 30 мкм. В специфическом варианте внутренний слой из алюминиевой фольги может иметь толщину около 20 мкм.
В соответствии с некоторыми вариантами бумажный средний слой может иметь удельный вес в диапазоне ориентировочно от 10 до 70 грамм на квадратный метр (gsm). В соответствии с некоторыми другими вариантами бумажный средний слой может иметь удельный вес в диапазоне ориентировочно от 20 до 60 gsm. В соответствии с еще одним вариантом бумажный средний слой может иметь удельный вес ориентировочно от 30 до 50 gsm. В специфическом варианте бумажный средний слой может иметь удельный вес около 40 gsm. Толщина бумажного среднего слоя должна быть достаточной для того, чтобы можно было обрабатывать слоистый материал без растрескивания или смятия слоев. Бумагой может быть бумага любого известного типа. В специфическом варианте бумага представляет собой обработанную на машине глазированную бумагу.
В соответствии с одним из вариантов изобретения средний слой может содержать пленку из пластмассы вместо бумаги. Толщина пленки из пластмассы должна быть достаточной для того, чтобы можно было обрабатывать слоистый материал без растрескивания или смятия слоев. Пленкой из пластмассы может быть пленка из пластмассы любого известного типа. В специфическом варианте пленка из пластмассы содержит зубчатый полиэфир.
В соответствии с некоторыми вариантами внешний слой из алюминиевой фольги может иметь толщину в диапазоне ориентировочно от 12 до 45 мкм. В других вариантах внешний слой из алюминиевой фольги может иметь толщину в диапазоне ориентировочно от 15 до 30 мкм. В специфическом варианте внешний слой из алюминиевой фольги может иметь толщину около 20 мкм.
Нет необходимости в том, чтобы внутренний и внешний алюминиевые слои имели одинаковую толщину. Однако внутренний и внешний алюминиевые слои должны быть достаточно толстыми для того, чтобы избежать образования микроотверстий (проколов) в барьерных слоях слоистого материала. Алюминиевая фольга, которую используют в соответствии с настоящим изобретением, может быть алюминиевой фольгой любого известного типа. В соответствии с некоторыми вариантами алюминиевая фольга может быть мягкой, закаленной или отожженной. В специфических вариантах внутренний и/или внешний слои из алюминиевой фольги имеют одну блестящую сторону и одну матированную сторону. Фольга внутреннего и внешнего слоев необязательно является одинаковой.
В соответствии с некоторыми вариантами средний слой связан с внутренним слоем на своей блестящей стороне. В других вариантах средний слой связан с внутренним слоем на своей матированной стороне. Аналогично, в соответствии с некоторыми вариантами, средний слой связан с внешним слоем на своей блестящей стороне. В других вариантах средний слой связан с внешним слоем на своей матированной стороне.
В соответствии с вариантом настоящего изобретения внутренний и средний слои могут быть соединены вместе с использованием адгезивного ламинирования полиуретаном, поливинилацетатом или адгезивом акрилового типа, или с использованием экструзионного ламинирования полиэтиленом.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения поливинилацетат может быть использован для ламинирования внутреннего и среднего слоев. В некоторых вариантах может быть использован поливинилацетат на водной основе. В специфическом варианте поливинилацетат может быть нанесен непосредственно на матированную сторону внутреннего слоя из алюминиевой фольги, которая затем входит в контакт с бумажным средним слоем.
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения полиуретан может быть использован для ламинирования внутреннего и среднего слоев. В некоторых вариантах может быть использован полиуретан на водной основе, среднего действия адгезив на основе растворителя и полиуретана, или адгезив горячей системы без растворителя. В специфическом варианте полиуретан может быть нанесен непосредственно на матированную сторону внутреннего слоя из алюминиевой фольги, которая затем входит в контакт с бумажным средним слоем. В этом варианте полиуретан может быть нанесен, пока он еще является влажным. Так как бумажный средний слой является пористым и проницаемым, имеющаяся в адгезиве вода может просачиваться через бумажный слой.
В первом варианте связанные внутренний и средний слои затем отверждают. Использованные здесь термины "отверждать", "отвержденный" или "отверждение" могут относиться к любому процессу, приводящему к твердению полимерного материала за счет сшивания полимерных цепей, в том числе (но без ограничения) к использованию химических добавок, теплового излучения, ультрафиолетового излучения или тепла. В специфическом варианте для отверждения слоев могут быть использованы печи. Отверждение также может быть достигнуто за счет выдерживания связанных слоев при заданной температуре и влажности.
В соответствии с некоторыми вариантами после отверждения слоистый материал выдерживают при температуре окружающей среды в течение времени по меньшей мере 48 часов, пока средний слой не ламинирует внешний слой.
В первом варианте средний слой может ламинировать алюминиевый внешний слой с использованием адгезивного ламинирования полиуретаном, поливинилацетатом или адгезивом акрилового типа, или с использованием экструзионного ламинирования полиэтиленом. В специфическом варианте ламинирование средним слоем внешнего слоя может быть осуществлено за счет экструзионного ламинирования полиэтиленом. В соответствии с некоторыми вариантами полиэтилен представляет собой расплавленный полимер.
В некоторых вариантах экструзионное ламинирование также может быть осуществлено с использованием полиэтилена низкой плотности (LDPE), линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), полиэтилена средней плотности (MDPE), сополимера полиэтилена, этилена и акриловой кислоты (ЕАА), или этилена и метакриловой кислоты (ЕМАА), или тройного сополимера полиэтилена, ЕАА или ЕМАА, причем каждый такой компонент представляет собой расплавленный полимер.
В специфических вариантах расплавленный полимер вводят непосредственно между бумажным средним слоем и блестящей стороной алюминиевого внешнего слоя. Слой расплавленного полимера может иметь толщину, например, ориентировочно от 10 до 20 мкм. В специфическом варианте слой расплавленного полимера имеет толщину около 15 мкм.
В некоторых вариантах, после соединения среднего слоя и внешнего слоя, отверждают весь слоистый материал. Отверждение после операции окончательного ламинирования может быть достигнуто при помощи любого известного процесса. Однако, в специфическом варианте, отверждение осуществляют при помощи теплового излучения, за счет использования печи или при помощи выдержки при заданной температуре и влажности. В первом варианте, после отверждения слоистого материала, его оставляют при температуре окружающей среды по меньшей мере на 48 часов, перед дальнейшей обработкой.
В некоторых вариантах изобретения открытые поверхности ламинированных алюминиевых слоев могут быть покрыты скользящим покрытием. В некоторых вариантах скользящим покрытием может быть любое известное скользящее покрытие. В специфическом варианте скользящим покрытием может быть скользящее покрытие на базе нитроцеллюлозы или на базе винилового сополимера. Скользящее покрытие выполняет функцию лака, защищая поверхности алюминия от царапин. По желанию скользящее покрытие может быть нанесено на открытые поверхности обоих ламинированных внутреннего и внешнего слоев из алюминиевой фольги, с использованием любых известных технологий.
Слоистый материал в соответствии с настоящим изобретением может быть использован для образования упаковки или для герметизации упаковки, содержащей любой продукт, который требует использования барьера от влаги и/или кислорода. Например, слоистый материал может быть использован для герметизации горловины контейнера, банки или широкогорлого сосуда. В первом варианте слоистый материал используют для упаковки пищевых продуктов, фармацевтической продукции, промышленных товаров или сельскохозяйственных продуктов. Твердые, порошковые или жидкие продукты могут быть упакованы в соответствии с настоящим изобретением.
В некоторых вариантах слоистый материал в соответствии с настоящим изобретением используют для герметизации контейнера, который содержит пищевые продукты. В специфическом варианте слоистый материал может быть использован для герметизации контейнера, который содержит детскую молочную смесь, пищевую добавку, добавку материнского молока или продукт для питания детей. Слоистый материал при необходимости может быть соединен с контейнером. Например, слоистый материал может быть нанесен на контейнер в виде сдираемого (отслаиваемого) уплотнения, с образованием легко открываемого уплотнения или легко сдираемого уплотнения.
В специфическом варианте слоистый материал в соответствии с настоящим изобретением используют для изготовления мембраны, которую устанавливают между фрикционным кольцом и узлом рычажной крышки контейнера. Контейнеры, имеющие рычажные крышки, которые называют также пенни (penny) рычажные крышки, вдавливаемые крышки или имеющие фрикционную посадку крышки, типично имеют корпусной элемент, закрытый снизу и имеющий отверстие сверху. Слоистый материал в соответствии с настоящим изобретением может быть уплотнен на верхней части контейнера и затем изнутри введен в периферийное кольцо, которое также называют фрикционным кольцом и которое устанавливают на верхней части контейнера и уплотняют на ней. Периферийное кольцо служит для приема колпачка в виде пробки. Предлагаемый слоистый материал позволяет выдерживать различные режимы обработки, которые используют для изготовления узла рычажной крышки, такие как штамповка и завальцовка.
При использовании в комбинации с узлом рычажной крышки слоистого материала в соответствии с настоящим изобретением потребитель часто вручную удаляет слоистый материал за счет его прокалывания или срезания и удаления с контейнера. Использование 100% алюминиевой фольги в таком применении часто приводит к попаданию стружки алюминия в продукт. Кроме того, кромки 100% алюминиевой фольги могут быть острыми после прокола или срезания. Эти острые кромки могут вызывать царапины и небольшие повреждения потребителя. Слоистый материал в соответствии с настоящим изобретением создает меньшую вероятность попадания чешуек или стружки в продукт, причем кромки проколотого слоистого материала создают меньшую вероятность образования царапин и повреждения потребителя после прокола уплотнения.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается слоистый материал, имеющий барьерные свойства, обеспечиваемые 100 мкм алюминиевой фольгой, и имеющий механические характеристики обращения с ним, обеспечиваемые 100% алюминием. Алюминиевые слои обеспечивают необходимые барьерные свойства, в то время как бумажный средний слой или средний слой из пленки из пластмассы создает необходимую толщину и механическую прочность, необходимую для обращения со слоистым материалом. Кроме того, за счет использования небольшого количества алюминиевой фольги в соответствии с настоящим изобретением, стоимость заявленного слоистого материала существенно снижается по сравнению со 100% алюминиевой фольгой.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой показано с увеличением поперечное сечение варианта слоистого материала 10 в соответствии с настоящим изобретением. В этом варианте внутренний слой 20 алюминиевой фольги связан, с использованием полиуретанового слоя 30, с первой стороной бумажного среднего слоя 40. Бумажный средний слой 40 связан на второй стороне с внешним слоем 60 из алюминиевой фольги, с использованием слоя 50 из полиэтилена низкой плотности.
В другим варианте слоистого материала 100 в соответствии с настоящим изобретением, показанном на фиг.2, внутренний слой 20 из алюминиевой фольги связан, с использованием поливинилацетатного слоя 70, с первой стороной бумажного среднего слоя 40. Бумажный средний слой 40 связан на второй стороне с внешним слоем 60 из алюминиевой фольги, с использованием полиэтиленового слоя 80.
В некоторых вариантах изобретения может быть использовано множество внутренних и/или внешних слоев из алюминиевой фольги. В других вариантах может быть использовано множество бумажных средних слоев или средних слоев из пленки из пластмассы. В других вариантах различные слои могут быть соединены с использованием любого известного процесса ламинирования или комбинации известных процессов ламинирования. Например, для соединения различных слоев может быть использована комбинация мокрого адгезивного ламинирования и сухого адгезивного ламинирования.
В некоторых вариантах изобретения общий вес слоистого материала может быть ориентировочно от 150 gsm до 190 gsm. В специфическом варианте общий вес слоистого материала может быть около 170 gsm. В некоторых вариантах изобретения общая толщина слоистого материала может составлять ориентировочно от 110 мкм до 140 мкм. В специфическом варианте общая толщина слоистого материала может составлять около 122 мкм.
В приведенных далее примерах описаны различные варианты в соответствии с настоящим изобретением. Следует иметь в виду, что за рамки настоящего изобретения не выходит использование и других вариантов, которые могут быть предложены специалистами в данной области после изучения описания настоящего изобретения или после его практической реализации. Следует иметь в виду, что описание настоящего изобретения, вместе с приведенными примерами, является только примерным, а объем притязаний настоящего изобретения определяется формулой изобретения. В примерах все проценты являются весовыми процентами, если специально не указано иное.
Пример 1
В этом примере описано приготовление варианта альтернативного мембранного слоистого материала в соответствии с настоящим изобретением, а также приведены его характеристики, полученные при испытаниях.
В этом примере слой алюминиевой фольги (толщиной 20 мкм) был соединен с бумажным слоем 40 gsm, с использованием процесса адгезивного ламинирования полиуретаном. Слоистый материал затем был отвержден за счет его обработки в печи при температуре ориентировочно от 90 до 96°C, при скорости около 100 м/мин. Слоистый материал затем был выдержан при температуре окружающей среды в течение 48 часов. После этого бумажный средний слой был соединен с внешним слоем из алюминиевой фольги (толщиной 20 мкм) с использованием процесса экструзионного ламинирования полиэтиленом. Слоистый материал затем вновь был отвержден за счет его обработки при температуре экструзии около 320°С, при скорости около 80 м/мин. Слоистый материал затем был выдержан при температуре окружающей среды в течение 48 часов. Слоистый материал после этого был покрыт на обеих открытых алюминиевых поверхностях скользящим покрытием на базе нитроцеллюлозы. Слоистый материал затем разрезали на куски соответствующего размера и использовали для уплотнения контейнера. Испытания на пропускание водяного пара и скорость пропускания кислорода слоистым материалом дали соответственно от 0.1 до 0.0 gsm в день и от 0.1 до 0.0 cc/sqm (кубических сантиметров на квадратный метр) в день. Испытание проводили при температуре 38°С и относительной влажности 90% для пропускания водяного пара и при температуре 23°С и относительной влажности 0% для скорости пропускания кислорода.
Уплотнение из слоистого материала подвергали испытанию при имитации открывания потребителем уплотнения, с использованием ложки и зазубренного ножа. Если остается часть алюминиевого уплотнения на контейнере или стружки попадают в продукт, то считается, что уплотнение из слоистого материала не было выполнено удовлетворительным образом. Результаты этого испытания показали отсутствие каких-либо следов алюминия в продукте. Таким образом, уплотнение из слоистого материала было выполнено удовлетворительным образом.
Слоистый материал проверяли на целостность, путем пропускания света через слоистый материал, чтобы обнаружить наличие трещин в фольге, в среднем слое слоистого материала. Результаты этого испытания показали отсутствие каких-либо трещин в слоистом материале.
Были также проведены испытания на определение срока годности при хранении продукта в контейнере, уплотненном с использованием слоистого материала в соответствии с настоящим изобретением. Контейнеры, заполненные сухим молоком, были уплотнены слоистым материалом, приготовленным в Примере 1. Контейнеры хранились в течение 18 месяцев в условиях ускоренного хранения (30°С). Жизнеспособность (пригодность) продукта контролировали на регулярной основе путем исследования его стабильности. Результаты исследования показали, что жизнеспособность продукта была обеспечена после 18 месяцев ускоренного хранения и после 36 месяцев в условиях нормального хранения. Все уровни витаминов и вкусовые характеристики находятся в приемлемых пределах.
Все ссылки, приведенные в этом описании, в том числе, без ограничения, все бумаги, публикации, патенты, описания патентов, представления данных, тексты, отчеты, рукописи, брошюры, книги, сообщения по Интернету, статьи в журналах, в периодических изданиях и т.п., включены в данное описание в их целостности в качестве ссылки, если они не конфликтуют с какими-либо другими содержащимися в описании сведениями. Обсуждение этих ссылок проведено только для того, чтобы суммировать утверждения, сделанные их авторами, причем не делается допущение, что какая-либо ссылка образует известный уровень техники. Заявители не несут ответственности за точность и уместность цитированных ссылок.
Несмотря на то что предпочтительные варианты изобретения были описаны с использованием специальных терминов, устройств и способов, следует иметь в виду, что такое описание приведено только для пояснения. Использованная в описании терминология не имеет ограничительного характера, так что специалистами в данной области в описании могут быть сделаны изменения, которые не выходят за рамки приведенной далее формулы изобретения и соответствуют его духу. Кроме того, следует иметь в виду, что аспекты настоящего изобретения являются взаимозаменяемыми, полностью или частично. Например, несмотря на то что были приведены примеры способов получения коммерчески стерильных жидких пищевых добавок, возможны и другие примеры. Таким образом, рамки формулы изобретения не ограничены описанием содержащихся в описании предпочтительных вариантов.