ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ГИБКАЯ ПЛЕНКА, ОБЛАДАЮЩАЯ БАРЬЕРНЫМИ СВОЙСТВАМИ
POLLUTION-FREE MULTILAYER FLEXIBLE FILM WITH BARRIER PROPERTIES

Область техники
Настоящее изобретение относится к биоразлагаемому, гибкому упаковочному материалу на биоразлагаемой основе, который может быть использован при упаковке пищевых продуктов, и к способу изготовления упаковочного материала на биоразлагаемой основе. Более конкретно, изобретение относится к применению биоразлагаемого пластика, изготовленного из возобновляемых ресурсов по меньшей мере как один из слоев в многослойной гибкой пленке.
Описание уровня техники
Многослойные пленочные структуры, изготовленные из продуктов из нефтяного сырья, происходящего из ископаемого топлива, часто используются в гибких упаковках, где существует потребность в их подходящих барьерных, герметизирующих свойствах и возможность графического отображения информации. Барьерные свойства в одном или нескольких слоях являются важными для защиты продукта внутри упаковки от света, кислорода и влаги. Такая необходимость существует, например, для защиты пищевых продуктов, которые могут рисковать потерей вкуса и аромата, свежести или могут быть испорчены при отсутствии достаточных барьерных свойств для предотвращения проникновения в упаковку, например, света, кислорода или влаги. Кроме того, барьерные свойства также предотвращают нежелательный выход продукта за пределы упаковочного пакета. Например, у маслянистых продуктов, таких как картофельные чипсы, некоторое количество масла может выходить в пленку упаковочного пакета. Герметичные свойства имеют большое значение для обеспечения образования воздухонепроницаемой или герметичной упаковки пакета. Без герметичной упаковки любые барьерные свойства, обеспечиваемые пленкой, являются неэффективными против пропускания кислорода, влажности или запаха между продуктами в упаковке и внешней средой. Свойства графического воспроизведения информации являются необходимыми, поскольку дают возможность покупателю быстро идентифицировать разыскиваемый для покупки продукт, дают возможность производителям пищевого продукта маркировать пищевую ценность упакованного пищевого продукта и дают возможность поместить на продукте информацию о ценах, например штрих коды.
Одна многослойная или композитная пленка предшествующего уровня техники, используемая для упаковки картофельных чипсов и подобных продуктов, показана на Фигуре 1, которая представляет собой схематическую иллюстрацию поперечного сечения многослойной пленки 100, показывающего каждый отдельный независимый слой. Каждый из этих слоев функционирует в некотором роде для обеспечения необходимых барьерных, герметичных свойств и способности графического отображения информации. Например, графический слой 114 обычно используется для представления графических изображений, которые могут быть оттиском с обращенным изображением и видны через прозрачный наружный основной слой 112. Одинаковые цифры используются по всему описанию для обозначения аналогичных или идентичных частей, если не указано иное. Наружный основной слой 112 обычно представляет собой специализированный полипропилен ("ОРР") или полиэтилена терефталат ("PET"). Металлический слой, расположенный после внутреннего основного слоя 118, обеспечивает необходимые барьерные функции. Было обнаружено и хорошо известно в предшествующем уровне техники, что путем металлизации полиолефинов на основе нефтяного сырья, таких как ОРР или PET, снижается передача влаги и кислорода через пленку, приблизительно на величину в три порядка. ОРР на основе нефтяного сырья обычно используют для основных слоев 112, 118 благодаря его более низкой стоимости. Герметичный слой 119, распложенный после ОРР слоя 118, обеспечивает образование герметичной упаковки при температуре ниже температуры плавления ОРР. Желательным является герметичный слой 119 с более низкой температурой плавления, поскольку плавление металлизированного ОРР для образования герметичной упаковки могло бы оказывать нежелательное действие на барьерные свойства. Обычные герметичные слои 119 предшествующего уровня техники включают в себя сополимер этилен-пропилен и этилен-пропилен-бутен-1 тер-полимер. Клеевой или ламинированный слой 115, обычно экструзия полиэтилена, необходим для склеивания наружного основного слоя 112 со внутренним основным слоем 118 со стороны продукта. Таким образом, по меньшей мере два основных слоя полипропилена на основе нефтяного сырья обычно требуется в композитной или многослойной пленке.
Другие материалы, используемые при упаковке, обычно представляют собой материалы на основе нефтяного сырья, такие как полиэфирные, полиолефиновые экструзии, адгезивные ламинаты и другие подобные материалы или многослойные сочетания указанного выше.
Такие пленки описаны, например, в патенте US №4198256, выбранном в качестве прототипа.
Фигура 2 схематически демонстрирует образование материалов, в которых ОРР слои 112, 118 упаковочного материала изготовлены по отдельности, затем сформированы в материал 100 на экструзионном ламинаторе 200. Слой ОРР 112 с графическими изображениями 114, предварительно нанесенными известным способом, например флексографическим или способом глубокой печати, подают с вращающегося барабана 212, тогда как слой ОРР 118 подают с вращающегося барабана 218. В то же время смола для РЕ ламинированного слоя 115 подается в загрузочное устройство 215а и через экструдер 215b, где она будет нагреваться приблизительно до 600°F, и экструдируется в головке экструдера 215с в виде расплавленного полиэтилена 115. Этот расплавленный полиэтилен 115 экструдируется со скоростью, которая совпадает со скоростью, при которой подаются ОРР материалы на нефтяной основе 112, 118, становятся зажатыми между этими двумя материалами. Слоистый материал 100 затем быстро движется между охлаждающим барабаном 220 и прижимным роликом 230, следя за тем, чтобы он образовывал фактически охлажденный выровненный слой. Давление между роликами ламинатора обычно устанавливается в диапазоне от 0,5 до 5 фунтов на погонный дюйм по ширине материала. Большой охлаждающий барабан 220 изготовлен из нержавеющей стали и охлаждается примерно до 50-60°F, так что при быстром охлаждении материала не позволяет образовываться конденсату. Прижимной ролик меньшего размера 230 обычно образован из каучука или другого упругого материала. Следует отметить, что слоистый материал 100 остается в контакте с охлаждающим барабаном 220 в течение периода времени, после этого проходит через ролики, чтобы дать время для достаточного охлаждения смолы. Этот материл затем может быть свернут в рулоны (специально не показано) для транспортировки к месту, где он будет использован при упаковке. В основном экономично формировать этот материал в виде широких листов, которые затем разрезают вдоль, используя тонкие слиттерные ножи, на желаемую ширину, поскольку материал сворачивают для транспортировки.
Как только материал сформирован и разрезан на желаемую ширину, он может быть загружен в вертикальный формовочно-фасовочно-укупорочный автомат, используемый при упаковке многих продуктов, которые упаковываются с помощью этого способа. На Фигуре 3 показан иллюстративный вертикальный формовочно-фасовочно-укупорочный автомат, который может быть использован для упаковки закусочных продуктов, таких как чипсы. Этот чертеж является упрощенным и не показывает корпус и опорные конструкции, которые обычно окружают такой автомат, но демонстрирует работу резервуара аппарата. Упаковочную пленку 310 берут из рулона 312 пленки, и она проходит через натяжные ролики 314, которые держат ее туго натянутой. Затем пленка проходит через формователь 316, который направляет пленку таким образом, чтобы она образовывала вертикальную трубу вокруг цилиндра для доставки продукта 318. Этот цилиндр для доставки продукта 318 обычно имеет либо круглое, либо несколько овальное поперечное сечение. По мере того как упаковочный материал тянется вниз с помощью приводных ремней 320, края пленки герметизируются вдоль ее длины с помощью вертикальной спаечной машины 322, образуя тыльное запаивание 324. Затем машина применяет пару термосклеивающих зажимов 326 впритык к трубе для формирования поперечного герметичного запаивания 328. Это поперечное запаивание 328 действует в качестве верхнего герметичного запаивания на пакете 330 ниже склеивающих зажимов 326 и нижнего запаивания на пакете 332, заполняемого и формируемого выше зажимов 326. После формирования поперечного герметичного запаивания 328 делают разрез через герметично запаянную область для отделения окончательного пакета 330 ниже герметичного запаивания 328 от частично заполненного пакета 332 выше герметичного запаивания. Пленочную трубу затем проталкивают вниз, чтобы вытянуть другую длину для упаковки. Перед образованием поперечных герметичных запаиваний склеивающими зажимами упаковываемый продукт падает через цилиндр для доставки продукта 318 и удерживается в трубе выше поперечного запаивания 328.
В предшествующем уровне техники гибкие пленки на основе нефтяного сырья составляют относительно небольшую часть продуцируемых отходов, по сравнению с другими типами упаковки. Таким образом, повторное использование не является экономически выгодным, из-за требуемой энергии для сбора, отделения и очистки использованных упаковок из гибкой пленки. Далее, поскольку нефтяные пленки являются стабильными в окружающей среде, пленки на основе нефтяного сырья имеют относительно низкую скорость разложения. Следовательно, выброшенные упаковки, которые случайно не попадают в предназначенные потоки отходов, могут выглядеть как неприглядный мусор в течение сравнительно длительного периода времени. Кроме того, такие пленки могут сохраняться в течение длительных периодов времени при закапывании мусора. Другим недостатком пленок на основе нефтяного сырья является то, что они изготовлены из нефти, которая может рассматриваться как ограниченный невозобновляемый ресурс. Кроме того, цена пленок на основе нефтяного сырья является изменчивой, поскольку привязана к цене нефти. Следовательно, существует необходимость в биологически разлагаемой гибкой пленке, изготовленной из возобновляемого ресурса. В одном варианте осуществления такая пленка должна иметь пищевую безопасность и обладать необходимыми барьерными свойствами для сохранения низкой влажности пищевых продуктов, стойких при хранении в течение длительного периода времени без потери свежести продукта. Пленка должна иметь необходимые свойства герметизируемости и коэффициента трения, что позволяет использовать ее на существующем вертикальном формовочно-фасовочно-укупорочном автомате.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на многослойную пленку, обладающую барьерными свойствами, в которой один или несколько слоев содержат пленку на биоразлагаемой основе. В одном аспекте многослойная упаковочная пленка по настоящему изобретению имеет внешний слой, содержащий пленку на биоразлагаемой основе, адгезивный слой, приклеенный к наружному слою, и слой со стороны продукта, обладающий барьерными свойствами. В одном аспекте пленка на биоразлагаемой основе выбрана из полилактида (PLA) и полигидроксиалканоата (РНА). Таким образом, настоящее изобретение относится к многослойной пленке с барьерными свойствами, которая изготовлена, по меньшей мере, частично, из возобновляемых ресурсов. Дополнительно в одном варианте осуществления по меньшей мере часть пленки является биоразлагаемой. Указанные выше, а также дополнительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из следующего подробного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Новые признаки, считающиеся отличительными признаками изобретения, изложены в прилагаемой формуле изобретения. Однако само изобретение, а также предпочтительный способ применения, его дополнительные задачи и преимущества будут наилучшим образом понятны путем ссылки на следующее подробное описание иллюстративных вариантов осуществления при прочтении совместно с сопровождающими чертежами, на которых:
На Фигуре 1 представлено поперечное сечение упаковочной пленки, приводимой в качестве примера предшествующего уровня техники;
На Фигуре 2 представлено приводимое в качестве примера получение упаковочной пленки предшествующего уровня техники;
На Фигуре 3 представлен вертикальный формовочно-фасовочно-укупорочный автомат, известный из предшествующего уровня техники;
На Фигуре 4 представлено увеличенное схематическое поперечное сечение гибридной многослойной упаковочной пленки, изготовленной в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
На Фигуре 5 представлено увеличенное схематическое поперечное сечение многослойной упаковочной пленки, изготовленной в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение направлено на применение пленки на биоразлагаемой основе по меньшей мере в качестве одного из слоев пленки в многослойной гибкой пленочной упаковке. Используемый здесь термин «пленка на биоразлагаемой основе» означает полимерную пленку, изготовленную из исходного сырья, не являющегося нефтяным сырьем, или биологически воспроизводимого исходного сырья.
Одна проблема с пластическими пленками на биоразлагаемой основе состоит в том, что такие пленки обладают плохой влаго- и кислороднонепроницаемостью. В результате такие пленки в настоящее время не могут быть использованы непосредственно для упаковки. Кроме того, многие биоразлагаемые пленки являются нестабильными и неэластичными по сравнению с ОРР, обычно используемым для гибких пленочных упаковок. Транспортировка контейнеров, изготовленных только из биоразлагаемых пленок, следовательно, является относительно шумной по сравнению с пленками на основе нефтяного сырья предшествующего уровня техники. Однако авторы изобретения обнаружили, что многие эти проблемы могут быть сведены к минимуму или устранены посредством использования «гибридной» пленки.
На Фигуре 4 представлено увеличенное схематическое поперечное сечение гибридной многослойной упаковочной пленки, изготовленной в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Здесь наружный прозрачный основной слой содержит биоразлагаемую пленку 402 на биологической основе вместо специализированного полипропилена 112 на основе нефтяного сырья, изображенного на Фигуре 1.
В одном варианте осуществления биоразлагаемая пленка 402 на биоразлагаемой основе содержит полимолочную кислоту, также известную как полилактид ("PLA"), которая представляет собой биоразлагаемый, термопластичный, алифатический полиэфир, полученный из молочной кислоты. PLA может быть легко получен в высокомолекулярной форме посредством полимеризации с раскрытием цикла лактида/молочной кислоты в PLA, используя катализатор и нагревание.
PLA может быть получен из исходного сырья на растительной основе, в том числе соевых бобов, как показано в публикации патентной заявки США номер 20040229327, или в результате ферментации сельскохозяйственных отходов, таких как кукурузный крахмал, или других исходных материалов на растительной основе, например кукурузы, пшеницы или сахарной свеклы. PLA может быть переработан подобно большинству термопластичных полимеров в пленку. PLA обладает физическими свойствами, аналогичными PET, и имеет превосходную прозрачность. PLA пленки описаны в патенте США №6207792 и PLA смолы доступны от Natureworks LLC (http://www.natureworksllc.com). Minnetonka, Minnesota. PLA разлагается на углекислый газ и воду.
В одном варианте осуществления биоразлагаемая пленка 402 на биоразлагаемой основе содержит полигидрокси-алканоат ("РНА"), доступный от Archer Daniels Midland, Decatur, IL. РНА представляет собой полимер, принадлежащий классу полиэфиров, и может быть продуцирован микроорганизмами (например, Alcaligenes eutrophus) как форма хранения энергии. В одном варианте осуществления микробный биосинтез РНА начинается с конденсации двух молекул ацетил-СоА с получением ацетоацетил-СоА, который впоследствии восстанавливается до гидроксибутирил-СоА. Гидроксибутирил-СоА затем используется в качестве мономера для полимеризации РНВ, наиболее распространенного типа РНА.
Слоистая пленка, изображенная на Фигуре 4, может быть изготовлена путем экструзии биоразлагаемой пленки 402 на биоразлагаемой основе в листовую пленку. В одном варианте осуществления пленка 402 на биоразлагаемой основе была ориентирована в машинном направлении или поперечном направлении. В одном варианте осуществления пленка 402 на биологической основе содержит пленку, равнорастянутую в двух направлениях. В одном варианте осуществления изготавливают PLA пленку 402 толщиной 120. Графическое изображение 114 представляет собой обращенную печать на биоразлагаемой пленке 402 на биоразлагаемой основе с помощью известного способа нанесения графических изображений, такого как флексографическая или ротационная глубокая печать с получением графического слоя 114. Этот графический слой 114 затем может быть «приклеен» к металлизированной ОРР пленке 118 со стороны продукта ламинированием слоя 115, обычно экструзией полиэтилена. Таким образом, ОРР графическая лента предшествующего уровня техники заменяется биоразлагаемой графической лентой. В одном варианте осуществления пленка 402 на биоразлагаемой основе содержит множественные слои для улучшения печати и коэффициента трения. В одном варианте осуществления пленка 402 на биоразлагаемой основе содержит один или несколько слоев PLA.
В одном варианте осуществления, показанном на Фигуре 4, внутренний изолирующий слой 119 может быть сложен внахлест, а затем запаян на себе с образованием трубы, имеющей сварной шов, соединяющий края материала для изнаночного шва. Сварной шов, соединяющий края материала, выполняется путем применения к пленке нагревания и давления. Альтернативно термическая полоса может быть представлена на требуемой части пленки 402 на биоразлагаемой основе для возможности использовать перекрывающийся клеевой шов.
Примеры металлизированных ОРР пленок 118, имеющих изолирующий слой 119, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя PWX-2, PWX-4, PWS-2 пленки, доступные от Toray Plastics, North Kingstown, RI или MU-842, Met HB, или пленки METALLYTE, доступные от Exxon-Mobil Chemical.
2
2
Слоистый материал пленки, изображенной на Фигуре 4, является гибридной пленкой, поскольку он содержит как биоразлагаемую пленку 402 на биоразлагаемой основе, так и стабильную металлизированную пленку ОРР 118. Однако одним преимуществом настоящего изобретения является то, что наружная PLA пленка 402 может быть толще, чем наружные пленки предшествующего уровня техники для максимального использования пленок 402 на биоразлагаемой основе и биоразлагаемости всей упаковки при сохранении свойств "пакета на ощупь", свойств, которые стали так хорошо известны потребителям. Например, тогда как пленка внешней стороны 112 предшествующего уровня техники, ламинированный слой 115 и внутренний основной слой 118 приблизительно каждый составлял одну треть упаковочной пленки по массе, в одном варианте осуществления, слоистый материал по настоящему изобретению содержит пленку 402 на биоразлагаемой основе с наружной стороны 50% по массе, ламинированный слой 115 составляет 20% по массе и внутренний основной ОРР слой составляет примерно 30% по массе всей упаковочной пленки. Следовательно, может быть использовано меньше ОРР пленки 118, чем требуется в предшествующем уровне техники, уменьшая потребление ресурсов ископаемого топлива. В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к гибридной пленке, имеющей по меньшей мере примерно на одну четвертую меньше, и предпочтительно меньше примерно от одной третьей до половины, углерода на основе ископаемого топлива, чем пленка предшествующего уровня техники, все же имеющая приемлемые барьерные свойства. В контексте настоящего изобретения пленка, имеющая приемлемую кислородонепроницаемость, имеет скорость переноса кислорода примерно менее чем 150 куб.см/м/день. В контексте настоящего изобретения пленка, имеющая приемлемую влагонепроницаемость, имеет скорость переноса водяного пара примерно менее 5 грамм/м/день.
Гибридная пленка, изображенная на Фигуре 4, дает несколько преимуществ. Во-первых, авторы изобретения обнаружили, что биоразлагаемые пленки 402, такие как PLA, дают превосходные графические ленты. В отличие от полипропилена, PLA имеет кислород в остове молекулы. Кислород по своей природе обеспечивает высокую поверхностную энергию, которая облегчает адгезию чернил, тем самым уменьшая количество предварительной обработки, требуемой для подготовки пленки для печати по сравнению с ОРР пленками на основе нефтяного сырья предшествующего уровня техники. Во-вторых, пленка может быть получена, с использованием тех же существующих инвестиционных средств, которые используются для изготовления пленок предшествующего уровня техники. В-третьих, в гибридных пленках используется от 25% до 50% меньше нефти, чем в пленках предшествующего уровня техники. В-четвертых, пленка является частично разлагаемой, что помогает сократить количество неприглядного мусора.
На Фигуре 5 изображено увеличенное схематичное поперечное сечение многослойной упаковочной пленки, изготовленной в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Здесь внутренний основной слой содержит тонкий металлизированный барьер - улучшающий адгезию пленки слой 416, смежный с биоразлагаемой пленкой 418 на биоразлагаемой основе, такой как PLA, вместо специализированного полипропилена 118, изображенного на Фигуре 1 и Фигуре 4.
Соединяющий слой (не показан) может быть расположен между металлизированным барьером, улучшающим адгезию пленки слоем 416, и слоем 418 пленки на биоразлагаемой основе. Соединяющий слой может позволить потенциально несовместимым слоям быть связанными вместе. Соединяющий слой может быть выбран из яблочного ангидрида, этиленметакрилата ("ЕМА") и этиленвинилацетата ("EVA").
Металлизированный барьер, улучшающий адгезию пленки слой 416, смежный с пленкой 418 на биоразлагаемой основе, может представлять собой один или несколько полимеров, выбранных из полипропилена, этиленвинилового спирта формулы ("EVOH"), поливинилового спирта ("PVOH"), полиэтилена, полиэтилена терефталата, нейлона и нано-композитного покрытия.
Ниже изображены формулы EVOH в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения.
Формула EVOH, используемая в соответствии с настоящим изобретением, может находиться в диапазоне от низкогидролитического EVOH до высокогидролитического EVOH. В контексте настоящего изобретения низкогидролитический EVOH соответствует приведенной выше формуле, где n=25. В контексте настоящего изобретения высокогидролитический EVOH соответствует приведенной выше формуле, где n=80. Высокогидролитический EVOH обеспечивает кислородную непроницаемость, но является более трудным для обработки. При металлизации EVOH обеспечивает приемлемую влагонепроницаемость. Формула EVOH может быть соэкструзирована с PLA 418, и формула EVOH затем может быть металлизирована с помощью способов, известных в уровне техники, в том числе вакуумным напылением.
В одном варианте осуществления металлизированная пленка 416 содержит металлизированный PET 416, толщина которого примерно меньше 10, и предпочтительно толщиной калибра примерно от 2 примерно до 4. PET может быть соэкструдирован с PLA 418 и PET затем может быть металлизирован способами, известными в уровне техники. В одном варианте осуществления металлизированная пленка 416 содержит PVOH покрытие, которое наносится на PLA в виде жидкости, а затем высушивается.
2
2
В одном варианте осуществления одна или обе пленки на биоразлагаемой основе 402, 418 состоят только из PLA. Альтернативно могут быть добавлены вспомогательные вещества для графической ленты пленки на биоразлагаемой основе 402 или барьерной ленты пленки на биоразлагаемой основе 418 во время процесса изготовления пленки для улучшения свойств пленки, например скорости биоразложения. Например, скорость разложения биоразлагаемого PLA является относительно медленной. Следовательно, куски мусора остаются видимыми в течение периода времени. Для ускорения распада PLA может быть добавлен крахмал к основному полимеру для улучшения биоразлагаемости конечной пленки. В одном варианте осуществления одна или обе пленки на биоразлагаемой основе 402, 418 содержат примерно от 1% примерно до 20% крахмала по массе пленки. Крахмал будет вызывать разрушение специализированного PLA на более мелкие куски (приблизительно похожие на пережеванную пищу). Эти более мелкие куски затем будут значительно менее видимыми в окружающей среде как мусор и будут разлагаться быстрее благодаря большей площади поверхности, поскольку большая краевая площадь позволяет влажности просачиваться между слоями многослойной пленки и быстрее разрушать слои. Пленка на основе PLA в конечном итоге распадается на СO и HO.
Аналогичные результаты могут достигаться путем добавления стеаратов различных переходных металлов (кобальта, никеля и т.д.), но применение крахмала было бы предпочтительным, поскольку он тоже разрушается и не оставляет отходов. В одном варианте осуществления одна или обе пленки на биоразлагаемой основе 402, 418 содержат примерно до 5% добавки стеарата по массе пленки. Одна или несколько добавок стеарата может быть выбрана из алюминия, сурьмы, бария, висмута, кадмия, церия, хрома, кобальта, меди, галлия, железа, лантана, свинца, лития, магния, ртути, молибдена, никеля, калия, редкоземельных металлов, серебра, натрия, стронция, олова, вольфрама, ванадия, иттрия, цинка или циркония. Такие добавки продаются под торговым наименованием TDPA и доступны от EPI, Conroe, Texas, USA. В одном варианте осуществления одна или обе пленки на биоразлагаемой основе 402, 418 содержат фотокатализатор. Фотокатализаторы известны в уровне техники и обычно используются в кольцах контейнеров в упаковке 6 банок напитков для облегчения разрушения при воздействии солнечного света.
Кроме того, можно использовать один или несколько подходящих сополимерных добавок, выбранных из блок-сополимера этиленметилакрилата и стирол-бутидиена (например, торговое наименование KRATON) в качестве совместителя для улучшения степени совместимости между пленкой на биоразлагаемой основе 402, 418 и другими слоями пленки. Например, такие сополимерные добавки могут быть использованы для улучшения характеристик термосварки слоистой пленки. Сополимерные добавки также могут улучшать силу связи слоев, чтобы помочь графической ленте биоразлагаемой пленки лучше приклеиваться к ОРР барьерной ленте или чтобы помочь графической ленте пленки на биоразлагаемой основе лучше приклеиться к барьерной ленте на биоразлагаемой основе. Добавки также могут быть использованы таким образом, чтобы можно было использовать биоразлагаемый адгезив, например ламинированный слой. В одном варианте осуществления многослойная пленка содержит адгезив на биоразлагаемой основе. Такие добавки также могут облегчить металлизацию биоразлагаемой пленки посредством традиционного процесса вакуумного напыления алюминия для получения биоразлагаемой защитной сетки, которая обеспечивает осуществление барьерной функции для биоразлагаемой пленки. Биоразлагаемые пленки известны с плохой стороны из-за наличия плохих барьерных свойств. Используемый здесь термин «добавки» не ограничивается химическими добавками и может включать в себя поверхностную обработку, в том числе, но не только, коронную обработку.
В одном варианте осуществления пленка на биоразлагаемой основе содержит нанокомпозит или нанокомпозитное покрытие, для обеспечения барьерной защиты. Нанокомпозиты известны в уровне техники, как показано на примерах в публикации патентной заявки США №2005/0096422, которая включена здесь в качестве ссылки. В одном варианте осуществления пленка на биоразлагаемой основе содержит наноглину для обеспечения барьерных функций. Наноглины в соответствии с настоящим изобретением содержат слоистые силикатные пластинки, например вермикулит, алюмосиликаты, цеолиты, бентонит, монтмориллонит, каолинит, нонтронит, бейделлит, волконскоит, гекторит, спонит, лапонит, сауконит, гидрослюда, хлорит, магадиит, кениаит, ледикат и их смеси.
В одном варианте осуществления наноглина может быть добавлена тем же самым способом нанесения графических изображений, используемым в настоящее время для нанесения чернильного слоя на ленту пленки. В патенте США №6232389, например, описывается состав покрытия, который содержит по существу диспергированные расслоившиеся слоистые силикаты в эластомерном полимере, который можно наносить в качестве покрытия и сушить. Свободный кислород PLA означает, что имеется природная аффинность для нанесения таких покрытий. В одном варианте осуществления наноглину добавляют к пленке на биологической основе в качестве добавки во время получения пленки.
В одном варианте осуществления слоистые силикатные пластинки нанокомпозита сдержат алюминий-силикат, который образует по существу цилиндрическую или сферическую структуру. Сотни этих структур могут быть соединены вместе, могут формировать длинные тонкие трубки, которые являются очень труднопроницаемыми для молекул кислорода или молекул воды. В одном варианте осуществления нанокомпозит содержит поры достаточного размера, так что передвижение молекулы кислорода и/или воды через поры нанокомпозита достаточно замедлено для сохранения сроков хранения компонента пищевого продукта низкой влажности, такого как картофельные чипсы, в течение двух или более месяцев в биоразлагаемом ламинированном пакете, содержащем нанокомпозит для барьерных свойств. В одном варианте осуществления пластинки связаны друг с другом так плотно, что фактически отсутствуют отверстия в трубке для входа молекул кислорода или молекул воды. В одном варианте осуществления нанокомпозит содержит поглотитель, который взаимодействует с кислородом или водой. Следовательно, в одном варианте осуществления нанокомпозит содержит железо.
Настоящее изобретение дает многочисленные преимущества по сравнению с традиционными пленками предшествующего уровня техники на основе нефтяного сырья. Во-первых, настоящее изобретение уменьшает потребление ископаемого топлива, поскольку для одного или нескольких слоев пленки используется пластик на биоразлагаемой основе, для которой ранее требовался полипропиленовый полимер на основе нефтяного сырья/ископаемого топлива. Следовательно, пленка по настоящему изобретению изготовлена из возобновляемого ресурса.
Во-вторых, в настоящем изобретении снижается количество диоксида углерода в атмосфере, поскольку источником пленки на биоразлагаемой основе является растительная основа. Хотя пленка на биоразлагаемой основе может разлагаться на воду и углекислый газ относительно за короткий период времени в условиях компостирования, если пленку закапывают, углекислый газ эффективно отделяется и сохраняется вследствие недостатка света, кислорода и влаги, доступной для разложения пленки. Таким образом, углекислый газ, который был извлечен из атмосферы растением, из которого была изготовлена пленка на биоразлагаемой основе, фактически помещается на хранение.
В-третьих, видно меньше мусора, поскольку часть пленки, составляющей конечную упаковку, является биоразлагаемой. Используемый здесь термин «биоразлагаемая» означает, что примерно менее 5% по массе и предпочтительно менее 1% пленки остается после нахождения при 35°С при 75% влажности на открытом воздухе в течение 60 дней. Специалистам в данной области будет понятно, что в различных условиях окружающей среды, разложение пленки может быть более длительным. В одном варианте осуществления менее 5% пленки на биоразлагаемой основе остается после нахождения при 25°С и 50% относительной влажности в течение пяти лет. Для сравнения, ОРР пленка может существовать более 100 лет при тех же условиях.
В-четвертых, сохраняется энергия, поскольку для создания пленки в соответствии с настоящим изобретением требуется меньше энергии, чем гибких пленок предшествующего уровня техники на основе нефтяного сырья. Например, для 1 кг PLA требуется только 56 мегаджоулей энергии, что на 20% - 50% меньше ресурсов ископаемого топлива, чем требуется для изготовления пластиков на основе нефтяного сырья, таких как полипропилен.
В-пятых, настоящее изобретение обеспечивает более стабильное и менее изменчивое ценообразование. В отличие от изделий на основе нефтяного сырья, которые меняются в широких пределах исходя из цен на нефть, изделия на биоразлагаемой основе являются более стабильными и менее изменчивыми. Кроме того, пленки на биоразлагаемой основе имеют потенциальную возможность воспользоваться непрерывными улучшениями генно-инженерных растений, которые могут увеличить состав желаемого сырья и выход.
Хотя изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на предпочтительный вариант осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что различные изменения в форме и подробном описании могут быть сделаны здесь без отклонения от сущности и объема изобретения.