ПОВТОРНО ГЕРМЕТИЗИРУЕМЫЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕРМОГЕРМЕТИЗИРУЕМОЙ УПАКОВКИ
RESEALABLE LAMINATE FOR HEAT SEALED PACKAGING

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение международной патентной заявки №PCT/US2010/029352, поданной 31 марта 2010 г., которая испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США №61/165008, поданной 31 марта 2009 г., причем обе они во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к термогерметизируемым упаковкам, которые также являются повторно герметизируемыми.
Уровень техники, к которой относится изобретение
Известно широкое разнообразие повторно герметизируемых контейнеров. Как правило, контейнер, имеющий такую форму, как гибкий пакет или содержащий жесткие стенки корпус, снабжен отверстием, которое открывает доступ во внутреннее пространство контейнера. Колпак или крышку устанавливают поверх отверстия и присоединяют к контейнеру, как правило, путем термогерметизации, чтобы закрывать и герметизировать внутреннее пространство контейнера и его содержимого от внешней окружающей среды. Для пакетного типа контейнеров часть гибкой стенки пакета может служить в качестве крышки и складываться или иным способом располагаться поверх отверстия пакета. Свойство повторной герметизации позволяет снимать или иным способом перемещать колпак или крышку или полностью или частично, чтобы открывать доступ во внутреннее пространство контейнера. После доступа во внутреннее пространство контейнера колпак или крышку можно надлежащим образом устанавливать на отверстие и присоединять к контейнеру, чтобы в результате этого повторно герметизировать контейнер.
Многочисленные стратегии разработаны для колпака или крышки, которые закрывают отверстие контейнера и присоединяются к контейнеру, в результате внутреннее пространство контейнера герметизируется от внешней окружающей среды. Пример стратегии герметизации представляет собой устройство, состоящее из соответствующих структур, соединяющихся, например, по типу выпуклости и впадины, на соответствующих соприкасающихся поверхностях контейнера и крышки. Еще один пример представляет собой использование слоя самоклеящегося адгезива на соприкасающихся поверхностях колпака или крышки и/или соответствующей области контейнера, расположенной вокруг периферии отверстия. Эту последнюю стратегию широко используют, в частности, для одноразовых упаковок, которые применяют для хранения и консервации скоропортящихся предметов, таких как продукты питания, где желательно сводить к минимуму воздействие воздуха. Например, патент США №3329331 описывает коробку, имеющую верхнюю или боковую секцию, повторно герметизируемую посредством использования слоя самоклеящегося адгезива.
По мере развития технологии упаковок полимерные материалы все больше используют в различных многослойных материалах как для контейнеров, так и для крышек. Хорошо известно использование определенных полимерных материалов в изделиях, включающих многослойный контейнер и крышку, и термическое соединение таких материалов друг с другом для первоначальной герметизации получаемой в результате упаковки. Пример такого подхода описан в патенте США №5062569 для термогерметизируемого изделия, включающего контейнер и крышку.
Однако если является желательной функция повторной герметизации, как правило, невозможно эффективно и надежно осуществлять повторную герметизацию, используя такие же полимерные материалы, которые использованы для первоначальной термогерметизации контейнера. В результате специалисты в данной области техники разработали многослойные изделия, одновременно содержащие термогерметизируемые материалы и самоклеящиеся адгезивы. Пример такого изделия описан в патенте США №3454210. В этом патенте многослойные материалы используют в изготовлении как крышки, так и основного изделия. Термогерметизируемый слой между крышкой и основой термически соединяет компоненты друг с другом в операции первоначальной герметизации. При снятии крышки слой крышки разрушается, в результате чего открывается самоклеящийся адгезив. Контейнер можно повторно герметизировать крышкой посредством контакта самоклеящегося адгезива с соответствующей поверхностью контейнера. Аналогичная стратегия также описана в патенте США №7422782.
Несмотря на то что они являются удовлетворительными во многих отношениях, упаковочные изделия, такие как описанные в патенте США №3454210, имеют несколько ограничений. Одно такое ограничение определено тем условием, что термогерметизируемый материал и самоклеящийся адгезив находятся, как правило, в пределах одного и того же слоя или пласта многослойной крышки. Для этого требуется точное применение нагревания только к тем областям, в которых находится термогерметизируемый материал, использование термостойких самоклеящихся адгезивов и аккуратное изготовление, например, многослойной крышки. Все эти условия повышают сложность и стоимость изготовления и герметизации. Кроме того, потенциальное воздействие на самоклеящийся адгезив содержимого контейнера было бы нежелательным в случае применения для упаковки продуктов питания.
В результате этих и других практических исследований в отрасли разработаны повторно герметизируемые колпаки или крышки, в которых используют нижележащий термогерметизируемый слой и самоклеящийся слой, расположенные в различных положениях многослойного материала. Примеры этих типов повторно герметизируемых упаковочных изделий описаны в патенте США №6302290, публикации патентной заявки США №2004/0180118 и британском патенте №2319746. Патент США №6302290 и публикация патентной заявки США №2004/0180118 относятся к повторно герметизируемым контейнерным изделиям с многослойными покровными листами или пленками, которые первоначально термогерметизируют контейнер, и затем при открывании контейнера путем снятия части листа кромка остается термически прикрепленной к обращенной вверх поверхности контейнера. Кромка способствует последующей герметизации путем контакта с открытой областью самоклеящегося адгезива, нанесенного на лист. Кромка и/или ее образование достигается использованием конфигурации со сдвигом слоев в многослойном листе. Несмотря на то что они являются удовлетворительными во многих отношениях, эти контейнерные изделия вряд ли были бы подходящими для чувствительных и скоропортящихся продуктов питания, которые часто подвергают первоначальной вакуумной герметизации и/или которые проявляют свойства низкой проницаемости кислорода.
Насколько известно, вышеупомянутый британский патент №2319746 представляет собой наиболее ранее описание повторно герметизируемого изделия, включающего крышку и контейнер, где крышка и контейнер содержат противолежащие термогерметизируемые слои для первоначальной термогерметизации контейнера, крышка изготовлена из многослойного материала, который разрывается при открывании герметизированного контейнера, причем колпак также включает непроницаемый слой, такой как изготовленный из поливинилиденхлорида (PVDC), в результате чего получается контейнер, потенциально пригодный для упаковки скоропортящихся и/или чувствительных продуктов питания.
Однако считают, что разнообразные дополнительные ограничения связаны с каждой из контейнерных систем, которые описывают вышеупомянутые патент США №6302290, публикация патентной заявки США №2004/0180118 и британский патент №2319746. Например, изготовление конфигурации со сдвигом слоев покровных листов и пленок, которые описывают патент США №6302290 и публикация патентной заявки США №2004/0180118, было бы трудоемким и дорогостоящим, особенно с учетом большого объема производства. Британский патент №2319746 не описывает вариант практического осуществления помимо своего концептуального описания.
В результате этих и других проблем в отрасли продолжаются попытки разработки практичный и обоснованный в коммерческом отношении повторно герметизируемый контейнер, который приспособлен, в частности, для упаковки чувствительных и/или скоропортящихся предметов. Патент США №6056141 описывает повторно закрываемую упаковочную систему, которая устраняет многие из вышеупомянутых недостатков другие повторно герметизируемые изделия, включающие контейнер и крышку. Патент США №6056141 относится к гибким многослойным покровным листам, которые первоначально термически прикрепляют к соответствующему лотку или контейнеру, который можно открывать путем снятия части многослойного покровного листа, в результате чего открывается область самоклеящегося адгезива, нанесенного на лист, и где также использована непроницаемая пленка в многослойном покровном листе для улучшения герметизационных характеристик контейнера.
Несмотря на достижение прогресса в технике, повторно закрываемая упаковочная система согласно патенту США №6056141 является относительно сложной, поскольку она содержит до десяти (10) слоев в покровном листе изделия и до пяти (5) слоев в соответствующем лотке изделия. Вероятно, что изготовление таких сложных изделий будет трудоемким и дорогостоящим. Кроме того, использование такого большого числа слоев в многослойном покровном листе увеличивает вероятность неисправности покровного листа при первоначальном открывании потребителем. Разрыв или излом покровного листа в любом другом месте, кроме заданного места вдоль слоя самоклеящегося адгезива делает крышку бесполезной, в результате чего уничтожается функция повторного закрывания изделия. Соответственно, в технике упаковок и контейнеров по-прежнему остается потребность в повторно герметизируемом изделии, обладающем превосходными непроницаемыми свойствами и относительно простой конструкцией для простоты изготовления и надежности.
В упаковке продуктов питания недостаток, которым, как правило, отличаются герметически закрываемые контейнеры и в наибольшей степени те, которые обладают высокими непроницаемыми характеристиками, представляет собой сложность первоначального открывания контейнера. Даже в случае предназначенных для повторной герметизации контейнеров, таких как используемые в упаковке мясных гастрономических изделий и других чувствительных предметов, часто оказывается весьма затруднительным открывание такого контейнера. Если потребитель не способен легко открывать или отслаивать крышку или лист с контейнера, он использует ножницы или другие устройства, что опять же приводит к уничтожению свойства повторной герметизации. Соответственно, в технике по-прежнему остается потребность в повторно герметизируемом контейнерном изделии, которое обладает высокими непроницаемыми свойствами, которое является относительно простым в проектировании и производстве и которое может быть легко открыто потребителем.
Сущность изобретения
Трудности и недостатки, связанные с предшествующими системами и способами, преодолеваются настоящим изобретением повторно герметизируемого упаковочного изделия.
В одном аспекте настоящее изобретение предлагает многослойный упаковочный материал, включающий первый полимерный слой, второй полимерный слой и адгезионный слой, расположенный между первым слоем и вторым слоем. Первый полимерный слой и второй полимерный слой имеют значение Q двухмерного вектора ΔCTE (или CTS), составляющее менее чем 1000 мкм/м°C.
В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает повторно герметизируемое упаковочное изделие. Упаковочное изделие включает контейнер и крышку, причем контейнер и крышка приспособлены для герметичного соединения друг с другом. Контейнер включает полимерную подложку, образующую поверхность герметизации, и первый герметизирующий слой, расположенный на поверхности герметизации полимерной подложки. Крышка имеет внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность. Внутренняя поверхность обращена к поверхности герметизации полимерной подложки при герметичном соединении контейнера и крышки друг с другом. Крышка включает внешнюю подложку, образующую внешнюю поверхность крышки, внутреннюю подложку, адгезионный слой, расположенный между внешней подложкой и внутренней подложкой, второй герметизирующий слой, расположенный на внутренней подложке, второй герметизирующий слой, образующий внутреннюю поверхность крышки, и необязательно разделительный слой, расположенный между внутренней подложкой и адгезионным слоем и непосредственно прилегающий к адгезионному слою. Внешняя подложка крышки и внутренняя подложка крышки имеют значение Q двухмерного вектора ΔCTE (или CTS), составляющее менее чем 1000 мкм/м°C.
В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает способ открывания и повторной герметизации ранее термогерметизированной упаковки. Упаковка включает компонент контейнера и компонент крышки. Компонент контейнера включает полимерную подложку, образующую поверхность герметизации, и первый герметизирующий слой, расположенный на поверхности герметизации подложки контейнера. Компонент крышки имеет внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность. Внутренняя поверхность обращена к поверхности герметизации подложки контейнера. Крышка включает внешнюю подложку, образующую внешнюю поверхность крышки, внутреннюю подложку, адгезионный слой, расположенный между внешней подложкой и внутренней подложкой, второй герметизирующий слой, расположенный на внутренней подложке, второй герметизирующий слой, образующий внутреннюю поверхность крышки, и разделительный слой, расположенный между внутренней подложкой и адгезионным слоем и соприкасающийся с адгезионным слоем. Компонент контейнера и компонент крышки термически соединены друг с другом по первой и второй поверхностям герметизации. Внешняя подложка крышки и внутренняя подложка крышки имеют значение Q двухмерного вектора ΔCTE (или CTS), составляющее менее чем 1000 мкм/м°C. Способ включает отсоединение первой части компонента крышки от остающейся второй части компонента крышки и термически соединенного с ней компонента контейнера путем отделения адгезионного слоя от разделительного слоя, чтобы в результате открыть упаковку. Способ также включает соответствующий контакт адгезива слоя и разделительного слоя, в результате чего повторно герметизируется упаковка.
Как будет понятно, настоящее изобретение может существовать в других и отличающихся вариантах осуществления, и для некоторых из его деталей могут существовать модификации, причем ни одна из них не отклоняется от настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и описание следует рассматривать в качестве иллюстративных, а не ограничительных.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематическое частичное изображение предпочтительной многослойной крышки, используемой в предпочтительном варианте осуществления упаковочного изделия в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 представляет схематическое частичное изображение предпочтительного контейнера, используемого в предпочтительном варианте осуществления упаковочного изделия в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 представляет схематическое изображение предпочтительной многослойной крышки, иллюстрирующее частичное разделение двух частей крышки.
Фиг.4 представляет перспективный вид предпочтительного варианта осуществления упаковочного изделия в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5 представляет частичный вид поперечного сечения упаковочного изделия, взятый вдоль линии 5-5 на Фиг.4.
Фиг.6 представляет частичный вид поперечного сечения упаковочного изделия, взятый вдоль линии 6-6 на Фиг.4.
Фиг.7 представляет частичный вид поперечного сечения упаковочного изделия, взятый вдоль линии 7-7 на Фиг.4.
Фиг.8 представляет схематическое частичное изображение еще одной предпочтительной многослойной крышки, используемой в предпочтительном варианте осуществления упаковочного изделия в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.9 представляет график, иллюстрирующий результаты испытаний силы отслаивания для предпочтительного самоклеящегося адгезива и нескольких соприкасающихся подложек.
Фиг.10 представляет график, иллюстрирующий результаты испытаний липкости методом петли для предпочтительного самоклеящегося адгезива и нескольких соприкасающихся подложек.
Фиг.11 представляет вид поперечного сечения предпочтительного варианта осуществления многослойного материала или части многослойного материала в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание вариантов осуществления
Настоящее изобретение предлагает повторно герметизируемое упаковочное изделие, обладающее свойствами высокой непроницаемости, которое является относительно простым в конструкции и производстве и которое можно легко открывать первоначально и затем надежно повторно герметизировать. В первом предпочтительном варианте осуществления упаковочное изделие представляет собой изделие, содержащее крышку и контейнер, которые можно надежно соединять друг с другом, например, посредством термогерметизации, в результате чего происходит первоначальная герметизация внутреннего пространства контейнера и его содержимого. Крышка изготовлена из многослойного материала, и ее после прикрепления или герметизации с контейнером иным способом можно легко открывать путем, по меньшей мере, частичного разделения крышки на две части вдоль заданной границы раздела в многослойном материале, открывая область связующего слоя в первой части крышки. Другая часть крышки остается прикрепленной к контейнеру и включает область внутренней подложки или разделительного слоя, если он присутствует, открытого в результате разделения крышки. После этого две части крышки можно повторно совмещать и приводить в контакт друг с другом, чтобы в результате эффективно повторно герметизировать контейнер. Конфигурация открытой области связующего слоя соответствует и предпочтительно совпадает с конфигурацией открытой области внутренней подложки или разделительного слоя, если он присутствует.
Один вариант осуществления настоящего изобретения включает введение разделительного слоя в многослойный материал крышки, чтобы он предпочтительно непосредственно прилегал к самоклеящемуся слою. Как разъясняется более подробно в настоящем документе, использование разделительного слоя в многослойной крышке значительно уменьшает величину силы, которая в ином случае потребовалась бы для первоначального открывания герметизированного контейнера при использовании определенных адгезивов или пленок. Эта отличительная особенность повышает простоту использования упаковочной системы. Введение разделительного слоя, как описано в настоящем документе, также обеспечивает заданную границу разрыва или разделения между частями крышки во время первоначального открывания герметизированного контейнера. Создание такой границы разделения уменьшает частоту непреднамеренного разрыва или повреждения крышки, в результате чего сохраняется целостность герметизации крышки. Эти и другие преимущества предпочтительного варианта осуществления многослойных крышек и упаковочных изделий описаны более подробно в настоящем документе.
Для простоты понимания предпочтительного варианта осуществления упаковочного изделия каждый из различных компонентов примерного изделия, включающего крышку и контейнер, описан следующим образом.
Крышка
Термин «крышка» при использовании в настоящем документе означает любой многослойный материал, который используют для перекрытия одного или более щелей или отверстий, образованных в соответствующем контейнере, и который можно эффективно прикреплять к контейнеру, чтобы в результате закрывать и герметизировать внутреннее пространство контейнера. Предпочтительно многослойная крышка включает (независимо от любого порядка слоев) внешнюю подложку, слой непроницаемого материала, адгезионный слой, необязательный разделительный слой (который может быть самоклеящимся), внутреннюю подложку и термогерметизируемый слой. Можно также использовать необязательный печатный слой. Каждый из этих слоев в структуре предпочтительной многослойной крышки описан следующим образом.
Внешняя подложка крышки
Предпочтительная многослойная крышка включает внешнюю подложку, обеспечивающую прочность крышки и, в частности, наиболее внешней части крышки в процессе первоначального открывания контейнера и, таким образом, по меньшей мере, частичного разделения крышки. Внешнюю подложку можно выбирать из широкого разнообразия материалов, таких как полиэтилентерефталатная пленка, полиолефиновые пленочные материалы или бумага, картон, или другие материалы на бумажной основе. Представительные варианты для внешней подложки включают, но не ограничиваются этим, полиэтилентерефталат (PET), полиэтилен (PE), полипропилен (PP), в том числе ориентированный и неориентированный, и их сополимеры. Еще один пример потенциально подходящей пленки для внешней подложки крышки представляет собой слой из поливинилхлорида (PVC) и его сополимеров. Дополнительные материалы включают, но не ограничиваются этим, поливинилхлорид (PVC) и ортофталевый альдегид (OPA). Для многих применений предпочтительным является PET.
Внешнюю подложку крышки можно использовать при различной толщине слоя в многослойной крышке. Внешняя подложка может иметь типичную толщину, составляющую от приблизительно 12 до приблизительно 60 мкм, причем предпочтительная толщина составляет от приблизительно 12 до приблизительно 25 мкм.
Поскольку внешняя поверхность внешней подложки будет, вероятно, представлять собой наиболее внешнюю поверхность крышки, желательно, чтобы материал, выбираемый в качестве внешней подложки, по меньшей мере, на этой обращенной наружу поверхности обладал привлекательными характеристиками, пригодными для печати.
Пригодность к печати, как правило, определяется резкостью и яркостью изображения и адгезией краски. Резкость тесно связана с поверхностным натяжением печатной поверхности. Адгезию краски часто определяют, используя испытание методом клейкой ленты (заключительное испытание FTM21). Как правило, PVC пригоден к печати разнообразными красками, предназначенными для нанесения на PVC. В большинстве случаев используют краски, имеющие водную основу (особенно в США) или предназначенные для сушки ультрафиолетовым светом (особенно в Европе). Как правило, все полиолефиновые пленки пригодны для печати красками, предназначенными для сушки ультрафиолетовым светом, после обработки коронным разрядом в процессе печати, причем PE превосходит PP, главным образом, по адгезии краски. Для красок на водной основе предпочтительно использовать дополнительное грунтовочное или верхнее покрытие, чтобы обеспечить хорошую адгезию краски.
Как разъясняется в настоящем документе, многослойная крышка может включать необязательный печатный слой, расположенный на внешней поверхности крышки или под внешней подложкой на внутренней поверхности внешней подложки.
Слой непроницаемого материала крышки
Согласно одному варианту осуществления предпочтительная многослойная крышка включает слой непроницаемого материала для обеспечения герметичных характеристик крышки и получаемого в результате герметизированного содержащего крышку и контейнер изделие. Как правило, желательно, чтобы непроницаемый материал проявлял сопротивление переносу или диффузии кислорода через материал. Это является особенно желательным для применений в герметизации определенных продуктов питания. Широкое разнообразие непроницаемых материалов можно использовать для слоя непроницаемого материала. Выбор непроницаемого материала (материалов) обусловлен в основном требуемой степенью герметизации и, таким образом, содержимым, которое предназначается для герметизации в данном изделии. Представительные материалы для использования в слое непроницаемого материала включают, но не ограничиваются этим, поливиниловый спирт (PVOH) и сополимеры этилена и винилового спирта (EVOH). Хорошо известный и предпочтительный непроницаемый материал представляет собой поливинилиденхлорид (PVDC). Кроме того, предусмотрено, что можно использовать нейлон и различные полимеры на основе нейлона, которые известны в технике. Предусмотрено также, что можно использовать сочетания этих материалов и, в частности, множество пленок из этих материалов. Всестороннее обсуждение непроницаемых материалов и их характеристик представлено в публикации патентной заявки США №2004/0033379, принадлежащей правообладателю настоящей заявки. Предпочтительные материалы в качестве непроницаемого материала включают PVDC, PVOH, EVOH и их сочетания.
Непроницаемый материал используют, как правило, при относительно малой толщине слоя в предпочтительной многослойной крышке. Например, толщина слоя непроницаемого материала составляет предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 5 мкм и предпочтительнее от приблизительно 1 до приблизительно 3 мкм.
3
2
3
2
Как отмечено выше, предпочтительно непроницаемый материал показывает относительно низкую проницаемость кислорода. Предпочтительная максимальная проницаемость кислорода составляет приблизительно 50 см/(м⋅сутки). Наиболее предпочтительно проницаемость кислорода составляет от 0,5 до 7 см/(м⋅сутки).
Для определенных применений предусмотрено, что в многослойной крышке согласно настоящему изобретению может не содержаться непроницаемый слой. Однако предпочтительный вариант осуществления включает непроницаемый слой.
Адгезионный слой крышки
Предпочтительная многослойная крышка включает адгезионный слой. В одном варианте осуществления адгезионный слой представляет собой самоклеящийся слой, и адгезив создает клейкую поверхность, обеспечивая соединение с другой соприкасающейся поверхностью. Предпочтительно свойства адгезива являются такими, что соединение также обеспечивает герметизацию, чтобы предотвратить или, по меньшей мере, в значительной степени уменьшить поток воздуха или других веществ через область адгезива. Адгезионный слой может представлять собой одиночный адгезионный слой, или он может представлять собой многослойный адгезив.
Широкое разнообразие адгезивов можно использовать для этого слоя при том условии, что их свойства и характеристики соответствуют требованиям получаемого в результате упаковочного изделия. Адгезив может представлять собой тугоплавкий самоклеящийся материал, такой как, например, самоклеящийся адгезив на каучуковой основе или на акриловой основе. Адгезив может представлять собой отверждаемый ультрафиолетовым излучением тугоплавкий материал. Адгезив может иметь в качестве основы каучуковый тугоплавкий состав, растворимый каучуковый адгезив, растворимый акриловый адгезив или растворимый полиуретановый адгезив. Адгезив может содержать эмульсионную основу, например эмульсионный акриловый адгезив. Как отмечено выше, можно использовать широкое разнообразие адгезивов. Каждый из вышеупомянутых адгезивов предпочтительно имеет форму самоклеящегося адгезива. Широкий выбор различных самоклеящихся адгезивов обсуждается в патентах США №№5623011; 5830571 и 6147165, которые принадлежат правообладателю настоящей заявки и включены в настоящий документ посредством ссылки.
Предпочтительный самоклеящийся адгезив для использования в самоклеящемся слое имеется в продаже под наименованием Fasson S692N. Адгезив S692N представляет собой адгезив на основе акриловой эмульсии. Как правило, этот адгезив представляет собой полимерную смесь на основе мономеров бутилакрилата и 2-этилгексилакрилата с различными веществами для повышения клейкости и технологическими добавками. Другие предпочтительные самоклеящиеся адгезивы включают, но не ограничиваются этим, эмульсионные акриловые адгезивы и имеющие каучуковую основу тугоплавкие адгезивы.
Толщина самоклеящегося слоя, как правило, составляет от приблизительно 3 до приблизительно 40 мкм и предпочтительно от приблизительно 12 до приблизительно 20 мкм. Однако следует понимать, что настоящее изобретение включает многослойные крышки, в которых используется самоклеящийся слой, имеющий большую или меньшую толщину, чем указано выше.
Разделительный слой крышки
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения многослойная крышка включает разделительный слой. Предпочтительно разделительный слой расположен непосредственно рядом с самоклеящимся слоем в многослойной крышке. Наиболее предпочтительно разделительный слой расположен между самоклеящимся слоем и внутренней подложкой. Разделительный слой обеспечивает разделительную поверхность, которая, как отмечено выше, непосредственно прилегает к самоклеящемуся слою и находится с ним в контакте.
Известно широкое разнообразие разделительных материалов, таких как материалы, которые, как правило, используют для самоклеящихся лент и этикеток, включая кремнийорганические соединения, алкиды, стеарильные производные виниловых полимеров (такие как поливинилстеарилкарбамат), стеаратохлорид хрома(III), стеарамиды и т.п. Также известны покрытые фторуглеродным полимером разделительные пленки, но они являются относительно дорогостоящими. Для большинства применений самоклеящихся адгезивов кремнийорганические соединения представляют собой наиболее часто используемые материалы. Кремнийорганические разделительные покрытия одинаково легко снимаются при высоких и низких скоростях отслаивания, что делает их подходящими для разнообразных способов производства и применений.
Известные кремнийорганические разделительные покровные системы включают реакционно-способный кремнийорганический полимер, например органополисилоксан (часто называется термином «полисилоксан» или просто «силоксан»), сшивающий реагент и катализатор. После нанесения на прилегающий слой или другую подложку покрытие, как правило, необходимо отверждать, получая сшитые кремнийорганические полимерные цепи, используя нагревание или облучение (например, ультрафиолетовое или электронно-лучевое).
В зависимости от способа их использования, известны три основных типа кремнийорганических разделительных покрытий, используемых в отрасли самоклеящихся адгезивов: содержащие растворители и содержащие воду эмульсионные покрытия, а также не содержащие растворителей покрытия. Содержащие растворители кремнийорганические разделительные покрытия широко использовали, но поскольку они содержат углеводородный растворитель, их использование в последние годы сократилось вследствие все более строгих положений о загрязнении воздуха, высокого энергопотребления и высокой стоимости. По существу, энергопотребление на восстановление растворителя или сжигание, как правило, превышает энергопотребление самой операции покрытия.
Водосодержащие кремнийорганические эмульсионные разделительные системы также хорошо известны, как и содержащие растворители системы, и применяются в разнообразных самоклеящихся изделиях, включающих ленты, напольные плитки и виниловые стенные покрытия. Однако их использование ограничено проблемами, связанными с их нанесением на бумажные материалы. Вода пропитывает бумажные волокна, разрушая устойчивость размеров разделительной пленочной основы, заставляя лист сворачиваться и вызывая впоследствии технологические затруднения.
Не содержащие растворителей кремнийорганические разделительные покрытия разработаны в последние годы и представляют в настоящее время основной сегмент рынка кремнийорганических разделительных покрытий. Как и другие кремнийорганические покрытия, их необходимо отверждать после нанесения на гибкую пленочную подложку. Отверждение приводит к сшиванию пленки, которая сопротивляется проникновению самоклеящегося адгезива.
Информативные описания различных разделительных материалов, их характеристики и введение в многослойные изделия представлены в патентах США №№5728469 и 6486267, а также в опубликованной патентной заявке США №2005/0074549, которая принадлежит правообладателю настоящей заявки. Кроме того, предусмотрено, что различные воски, известные в технике, можно использовать в качестве разделительного материала или вводить в разделительный слой.
В предпочтительных многослойных крышках используют разделительные слои, которые являются относительно тонкими. Например, типичная толщина разделительного слоя составляет от приблизительно 1 до приблизительно 4 мкм. Предпочтительно толщина разделительного слоя составляет от приблизительно 1 до приблизительно 2 мкм.
Внутренняя подложка крышки
Предпочтительная многослойная крышка включает внутреннюю подложку. Внутренняя подложка обеспечивает опору для многослойной крышки и, в частности, для слоев, расположенных рядом с внутренней подложкой. Представительные материалы в качестве внутренней подложки включают те, которые упомянуты в настоящем документе в качестве внешней подложки. Кроме того, может оказаться предпочтительным использование двуосноориентированного полипропиленового (BOPP) материала. Эти материалы обеспечивают экономию расходов, поскольку они имеют относительно невысокую стоимость и достаточную жесткость для хорошего распределения. Еще один предпочтительный материал для использования в слое внутренней подложки представляет собой полиэтилентерефталат (PET). Вышеупомянутые полимерные материалы PVC и OPA могут также оказаться подходящими для использования в данном слое.
Толщина внутренней подложки, как правило, составляет от приблизительно 12 до приблизительно 60 мкм и предпочтительно от приблизительно 12 до приблизительно 25 мкм. Настоящее изобретение включает использование толщины, которая составляет больше или меньше, чем данные значения толщины.
Необязательно внутренняя подложка может содержать на поверхности или внутри понижающее трение вещество. Когда понижающее трение вещество введено в качестве отдельного покрытия, его слой может быть очень тонким, его толщина предпочтительно составляет приблизительно 1 мкм, и он может включать, например, понижающие трение вещества на основе кремния.
Термогерметизируемый слой крышки
Предпочтительная многослойная крышка включает термогерметизируемый слой. Предпочтительно термогерметизируемый слой расположен на нижней или внутренней поверхности многослойной крышки, которая вступает в контакт с соответствующей поверхностью контейнера при термическом соединении крышки с контейнером.
Термогерметизируемый слой представляет собой слой, который активируется при нагревании, позволяющем слою прикрепляться к пластмассовой подложке. Материалы для термогерметизируемого слоя включают, но не ограничиваются этим, следующие пленкообразующие материалы, используемые в чистом виде или в сочетании, такие как полиэтилен, полученные металлоценовым катализом полиолефины, синдиотактический полистирол, синдиотактический полипропилен, циклические полиолефины, полиэтиленметилакриловая кислота, полиэтиленэтилакрилат, полиэтиленметилакрилат, сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, сополимер полиэтилена и винилового спирта, полиэтиленвинилацетат, нейлон, полибутилен, полистирол, полиуретан, полисульфон, поливинилиденхлорид, полипропилен, поликарбонат, полиметилпентен, сополимер стирола и малеинового ангидрида, сополимер стирола и акрилонитрила, иономеры на основе натриевой или цинковой солей этиленметакриловой кислоты, полиметилметакрилаты, целлюлозные полимеры, фторопласты, полиакрилонитрилы и термопластические сложные полиэфиры. В термогерметизируемом слое используют предпочтительно PE, предпочтительнее смесь PE и EVA, такую как, например, смесь PE и EVA с особыми антиадгезионными и антистатическими добавками. Еще один предпочтительный материал для использования в термогерметизируемом слое представляет собой модифицированный гликолем полиэтилентерефталат (PETG). Наиболее предпочтительный материал для термогерметизируемого слоя представляет собой линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE).
Толщина термогерметизируемого слоя может изменяться согласно требованиям упаковочного изделия. Типичная толщина данного слоя составляет от приблизительно 15 до приблизительно 90 мкм и предпочтительно от приблизительно 30 до приблизительно 60 мкм.
Термогерметизируемый слой предназначен для активации при температурах, которые известны специалистам в данной области техники. Хотя термогерметизируемый слой можно активировать при температурах ниже тех, которые предусмотрены для активации, термогерметизируемый слой предназначен для активации при определенных температурах в зависимости от данного материала. Предпочтительно термогерметизируемый слой активируется при температурах, составляющих от приблизительно 80°C, предпочтительнее от приблизительно 90°C до приблизительно 155°C, предпочтительнее до приблизительно 150°C; предпочтительнее термогерметизируемый слой активируется при температурах, составляющих от приблизительно 110°C до приблизительно 140°C, и наиболее предпочтительно термогерметизируемый слой активируется при температурах, составляющих от приблизительно 120°C до приблизительно 130°C. Предпочтительно давление также прилагают к соответствующим поверхностям во время термогерметизации.
Печатный слой крышки
Необязательный печатный слой может быть расположен на вышеописанном внешней подложке крышки. Печатный слой служит для приема и удерживания одной или нескольких красок, наносимых на печатный слой. Из краски (красок) образуются символы или другие знаки для многослойной крышки и упаковочного изделия. Печатный слой можно изготавливать из широкого разнообразия материалов, как правило, известных специалистам в данной области техники. Например, для печатного слоя можно использовать разнообразные материалы на основе поливинилового спирта (PVA) и целлюлозы.
Толщина печатного слоя составляет, как правило, от приблизительно 3 до приблизительно 20 мкм и предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 8 мкм.
Предпочтительные аспекты крышки
Еще одна значительная отличительная особенность предпочтительного варианта осуществления многослойная крышка представляет собой наличие разреза, надреза или щели, по меньшей мере, в термогерметизируемом слое крышки. Предпочтительно разрез, надрез или щель проходит через термогерметизируемый слой, внутренняя подложка многослойной крышки и разделительный слой. Разрез, надрез или щель может представлять собой сплошную штампованную просечку или перфорированную штампованную просечку, которая предпочтительно проходит, по меньшей мере, по части и предпочтительнее по всей периферии крышки таким образом, что соответствует периферической области, определенной вокруг отверстия контейнера. Разрез в значительной степени упрощает первоначальное открывание герметизированной упаковки. Как разъясняется более подробно в настоящем документе, разрез предпочтительно находится в месте на многослойной крышке, обращенном внутрь области термогерметизации между крышкой и контейнером. При открывании герметизированной упаковки многослойная крышка разделяется на две части, внешнюю отделяемую часть и внутреннюю отделяемую часть. Отделение этих частей друг от друга происходит вдоль границы раздела, как правило, образованной между самоклеящимся слоем и разделительным слоем. Разрез обеспечивает, чтобы разделение происходило только в областях крышки, прилегающих к областям термогерметизации. Разделение не происходит в других областях многослойной крышки. В результате при первоначальном открывании герметизированной упаковки, когда многослойную крышку стягивают с ее герметизированного положения, отделение крышки происходит только вдоль внешней периферии контейнера (и крышка), в результате чего открывается самоклеящийся адгезив и разделительный слой. Средняя область крышки не отделяется и, таким образом, стягивается с контейнера, в результате чего обеспечивается доступ во внутреннее пространство контейнера. Наличие разреза, надреза или щели позволяет отделять внешнюю отделяемую часть крышки от внутренней части крышки, которая остается термически прикрепленной к контейнеру. Разрез, надрез или щель в многослойной крышке можно сделать разнообразными способами, однако предпочтительный способ представляет собой щель в виде штампованной просечки через герметизирующий слой, внутренняя подложка и разделительный слой.
Кроме того, предусмотрено, что при отсутствии разреза, надреза или щели в выбранных областях многослойной крышки можно изготовить петельную или соединительную часть крышки. Таким образом, например, разрез может проходить по трем из четырех сторон имеющей прямоугольную форму крышки, которая впоследствии герметически присоединяется к контейнеру. Не содержащая разреза сторона крышки будет тогда служить в качестве петли при первоначальном и последующем открывании контейнера.
Еще одна причина для предпочтительного наличия разреза, надреза или щели в указанном слое (слоях) многослойной крышки заключается в том, что такой разрез позволяет контролировать площадь поверхности контакта между самоклеящимся слоем и разделительным слоем. Способность легко контролировать величину, конфигурацию, и форму площади контакта обеспечивает непосредственный контроль прочности повторной герметизации между внешней отделяемой частью крышки и внутренней отделяемой частью крышки. Как можно оценить, для применений, в которых является желательной более высокая прочность повторной герметизации, площадь контакта можно легко увеличивать в процессе проектирования и/или производства. Что касается применений, в которых является желательной меньшая прочность повторной герметизации, площадь контакта можно легко уменьшать в процессе проектирования и/или производства.
Еще один предпочтительный аспект предпочтительного варианта осуществления многослойной крышки заключается в том, что посредством надлежащего выбора материалов, с которыми соприкасается самоклеящийся адгезив, т.е. слоев материалов, расположенных непосредственно рядом с самоклеящимся адгезивом в многослойной крышке, поверхностную энергию открытой поверхности каждого слоя материала можно регулировать, чтобы обеспечивать желательные характеристики герметизации, такие как определенная прочность повторной герметизации. Например, если оказывается желательной низкая прочность повторной герметизации, можно использовать разделительный материал, имеющий относительно низкую поверхностную энергию, такой как кремнийорганический разделительный материал, непосредственно прилегающий к самоклеящемуся слою. Кроме того, можно использовать выбор и расположение надлежащим образом спроектированных материалов для применения в слоях, непосредственно прилегающих к самоклеящемуся адгезиву для создания разности сцепления, чтобы обеспечить или, по меньшей мере, способствовать удержанию адгезива с одним слоем, а не с другим слоем. Например, посредством надлежащего выбора и использования материалов для разделительного слоя и слоя, расположенного на противоположной поверхности самоклеящегося слоя, можно обеспечить удержание адгезива с внешней отделяемой частью крышки, чтобы он не оставался на внутренней части крышки, прикрепленной к контейнеру.
В частности, в соответствии с настоящим изобретением регулируется уровень адгезии между самоклеящимся адгезивом и одним слоем или несколькими слоями, непосредственно прилегающими к адгезиву, такими как, например, разделительный слой. Уровень адгезии предпочтительно регулируется следующими факторами: (i) использование разделительного слоя, расположенного непосредственно рядом с самоклеящимся слоем и наиболее предпочтительно расположенного между адгезионным слоем и внутренней подложкой в многослойной крышке; (ii) конфигурация и площадь поверхности разделительного слоя, открытого после первоначального открывания крышки; (iii) соответствующий выбор разделительных материалов и/или материалов, имеющих желательные поверхностные энергии, для использования в разделительном слое; (iv) соответствующий выбор других материалов в многослойной крышке, а именно самоклеящегося адгезива и материала слоя, расположенного непосредственно рядом с поверхностью самоклеящегося адгезива на противоположной стороне от указанного разделительного слоя; (v) конфигурация и площадь поверхности самоклеящегося адгезива, открытого после первоначального открывания крышки; и (vi) толщина самоклеящегося слоя.
Посредством регулирования уровня адгезии, используя предпочтительно один, или несколько, или все из факторов (i)-(vi), самоклеящийся слой можно более надежно удерживать с внешней отделяемой частью крышки.
Данная стратегия предпочтительного варианта осуществления многослойных крышек, описанных в настоящем документе, обеспечивает значительное преимущество по сравнению с устройствами крышек предшествующего уровня техники и, в частности, с повторно закрываемой упаковочной системой, которая описана в вышеупомянутом патенте США №6056141. В упаковочной системе согласно патенту США №6056141 использован «переустанавливаемый» адгезив. Таким образом, в системе того типа адгезив удерживается с частью крышки, поскольку адгезив переустанавливается по отношению к нижележащей опорной пленке. Система согласно патенту США №6056141 не основана на какой-либо другой стратегии для обеспечения или, по меньшей мере, попытки удерживания адгезива с отделяемой частью крышки. Зависимость исключительно от свойств самоклеящегося адгезива серьезно ограничивает сферу применения изготавливаемой в результате упаковочной системы.
Предпочтительно, чтобы существовали определенные характеристики клейкости и отслаивания в отношении самоклеящегося адгезива и слоев, расположенных на противоположных сторонах или поверхностях самоклеящегося слоя. Желательно, чтобы существовало различие в отношении этих характеристик между двумя слоями на противоположных сторонах самоклеящегося слоя. В частности, желательно, чтобы существовало определенное минимальное различие между характеристиками клейкости и отслаивания в отношении (i) самоклеящегося адгезива и слоя, непосредственно прилегающего к одной поверхности адгезива, и (ii) самоклеящегося адгезива и слоя, непосредственно прилегающего к противоположной поверхности адгезива.
Для многослойной крышки, в которой используется самоклеящийся слой, расположенный между внутренней подложкой из двуосноориентированного полипропилена (BOPP) и внешней подложкой из полиэтилентерефталата (PET), предпочтительно, чтобы различие характеристик клейкости и отслаивания между этими двумя подложками и соответствующими поверхностями самоклеящегося адгезива составляло, по меньшей мере, 0,5 Н/дюйм (19,7 Н/м) и предпочтительно, по меньшей мере, 2,0 Н/дюйм (78,7 Н/м). Более прочное адгезионное соединение предпочтительно существует между внешней подложкой и соответствующей поверхностью самоклеящегося адгезива по сравнению с адгезионным соединением, существующим между внутренней подложкой и противоположной поверхностью самоклеящегося адгезива. Как показано на Фиг.9 и 10, сила отслаивания и клейкости по методу петли для предпочтительного самоклеящегося адгезива, который имеется в продаже под наименованием Fasson S692N, показывают разность, составляющую более чем 3 Н/дюйм (118 Н/м), при сравнении адгезии между внешней подложкой из PET и внутренней подложкой из BOPP. Это обеспечивает, что самоклеящийся адгезив остается с внешней подложкой, когда многослойная крышка, по меньшей мере, частично отделяется вдоль границы разделения при открывании содержащего крышку и контейнер изделия.
Соответствующий выбор самоклеящегося адгезива и материала разделительного слоя в первую очередь определяет величину силы, необходимой для первоначального открывания герметизированного контейнера, и также силы, необходимой для следующих операций открывания после первоначального открывания. Эта сила, которая называется термином «сила открывания», представляет собой силу, которую потребитель должен приложить к крышке, чтобы разделить многослойную крышку на ее соответствующие части и тем самым открыть контейнер. Как правило, чтобы обеспечить относительно легкое открывание контейнера, сила открывания должна составлять менее чем 15 Н/дюйм (591 Н/м). Кроме того, желательна необходимость некоторой минимальной силы, чтобы, таким образом, предотвращать непреднамеренные открывания контейнера. Таким образом, как правило, требуется минимальная сила, составляющая, по меньшей мере, 2 Н/дюйм (78,7 Н/м) и предпочтительно более чем 3 Н/дюйм (118 Н/м).
Как описано в вышеупомянутом патенте США №6056141, в содержащем крышку изделии можно использовать слой полипропилена (PP) в качестве опоры пленки по верхней поверхности адгезива. Данная конструкция почти определенно приводит к тому, что адгезив остается на нижнем опорном слое вдоль противоположной поверхности адгезива. В технике хорошо известно, что полипропиленовые пленки, как правило, обладают относительно низкой поверхностной энергией и, таким образом, не обеспечивают достаточное соединение с адгезивом. Таким образом, в данной конструкции адгезив не будет удерживаться с крышкой. Как можно оценить, это является нежелательным, поскольку адгезив, находящийся на нижнем опорном слое, т.е. на контейнере, значительно повышает вероятность контакта между продуктами питания и адгезивом.
В особенно предпочтительном варианте осуществления предложен многослойный материал, включающий, по меньшей мере, две полимерные пленки и содержащий слой самоклеящегося адгезива, расположенный между полимерными пленками. Материалы для двух полимерных пленок предпочтительно выбирают таким образом, чтобы они проявляли определенные физические характеристики по отношению друг к другу. В частности, эти физические характеристики относятся к коэффициенту теплового расширения (CTE) для каждого из пленочных материалов. Как правило, термин «коэффициент теплового расширения» означает соотношение размера материала при увеличенной температуре и исходного размера материала при изменении температуры на 1°C. Поскольку почти все материалы расширяются при нагревании, после нагревания материала происходит увеличение размера материала. Аналогичным образом, еще один термин «коэффициент тепловой усадки» (CTS) означает соотношение уменьшенного размера материала при данной температуре и исходного размера материала при изменении температуры на 1°C.
Термины «дельта CTE» или «дельта CTS» (также обозначаются как ΔCTE или ΔCTS) означают абсолютную разность между двумя значениями CTE (или значениями CTS) для двух материалов. При определении значения ΔCTE (или ΔCTS) важно всегда сравнивать значения CTE (или CTS), которые относятся к одинаковой ориентации или направлению материала. Например, известны пленки, которые проявляют различные степени или величины усадки в зависимости от того, измеряют ли усадку в продольном направлении (MD) или в поперечном направлении (CD). Таким образом, при определении значения ΔCTE в продольном направлении (также обозначается как MD ΔCTE) по двум значениям CTE для пленок важно сравнивать значение CTE в продольном направлении (MD CTE) для одной пленки и значение CTE в продольном направлении (MD CTE) для другой пленки. Аналогичным образом, при определении значение ΔCTE в поперечном направлении (также обозначается как CD ΔCTE) по двум значениям CTE для пленок важно сравнивать значение CTE в поперечном направлении (CD CTE) для одной пленки и значение CTE в поперечном направлении (CD CTE) для другой пленки. Такую же практику используют при определении значений ΔCTS в продольном направлении и значений ΔCTS в поперечном направлении.
В соответствии с настоящим изобретением было обнаружено, что повышенная эффективность герметизации и другие преимущества возникают, когда многослойный материал содержит пару полимерных пленок, разделенных слоем самоклеящегося адгезива, показывает значение двухмерного вектора ΔCTE (или CTS) (периодически обозначается в настоящем документе как Q), составляющее менее чем 1000 мкм/м°C, предпочтительно менее чем 500 мкм/м°C и наиболее предпочтительно менее чем 100 мкм/м°C. Значение Q двухмерного вектора ΔCTE (или ΔCTS) определяется следующей формулой (I):
2
2
1/2
Q=[(MD ΔCTE)+(CD ΔCTE)] (I)
Как очевидно при рассмотрении формулы (I), значение Q является функцией значения ΔCTE, измеренного в продольном направлении, и значения ΔCTE, измеренного в поперечном направлении. В частности, Q представляет собой квадратный корень суммы квадрата значения ΔCTE в продольном направлении для двух пленок и квадрата значения ΔCTE в поперечном направлении для тех же двух пленок. Значение Q, таким образом, основано на двух различных материалах. Кроме того, значение Q также основано на значениях ΔCTE, измеренных в продольном направлении и поперечном направлении, для тех же двух пленок. Следует отметить, что значение Q на основе значений CTS можно также легко определить.
Исследовали набор из четырех полимерных пленок и получили следующие данные, дающие дополнительное понимание для определения пары пленок, которые удовлетворяют предпочтительным значениям Q. Приведенные ниже таблицы 1-4 представляют изменения размеров (таблица 1), значения коэффициента теплового расширения (CTE) (таблица 2), значения ΔCTE (таблица 3) и значения Q (таблица 4) для четырех образцов полимерных пленок, обозначенных как образцы A-D. Образец A представляет собой пленку из полиэтилентерефталата (PET). Образец B представляет собой другой сорт пленки PET. Образец C представляет собой еще один сорт пленки PET. Образец D представляет собой пленку из двуосноориентированного полипропилена.
В частности, образцы, полученные из каждой из пленок A-D, нагревали от 0°C до 155°C и изменения их размеров в продольном направлении (MD) и в поперечном направлении (CD) записывали через каждые 5°C. Как правило, образцы можно нагревать при скорости 10°C/мин в термомеханическом анализаторе, используя нагрузку 0,05 Н, таком как система Q400, которую поставляет фирма TA Instruments (Ньюкасл, штат Делавэр).
После этого коэффициент теплового расширения (CTE) для каждого из образцов определяли в продольное направление и поперечное направление через каждые 5°C. Значения CTE представлены в таблице 2.
После определения значений CTE для каждого набора образцов пленок A-D определяли значения ΔCTE. В частности, значения ΔCTE в продольном направлении и в поперечном направлении определяли для образцов A и B (обозначается как ΔCTE для образцов A/B), образцов A и C и образцов A и D. Эти значения ΔCTE представлены ниже в таблице 3.
После определения различных указанных значений ΔCTE определяли значения Q для каждой из трех пар пленок. В частности, значение Q для пленок A и B, пленок A и C и пленок A и D вычислены и представлены в таблице 4.
Представительное определение Q для пары пленок A и B при 5°C приведено ниже.
Используя таблицы 2, 3 и 4, значения ΔCTE для пленок A и B при 5°C и соответствующее значение Q определяли следующим образом:
AB, 5°C
MD ΔCTE=(36,51-8,93)=27,58
AB, 5°C
CD ΔCTE=(24,31-7,08)=17,23
AB, 5°C
2
2
1/2
Q=[(27,58+17,23)]=32,52
Далее, используя таблицы 3 и 4, значения ΔCTE для пленок A и D при 5°C и соответствующее значение Q определяли следующим образом:
AD, 5°C
MD ΔCTE=(53,59-8,93)=44,65
AD, 5°C
CD ΔCTE=(32,31-7,08)=25,23
AD, 5°C
2
2
1/2
Q=[(44,65 + 25,23)]=51,29
Еще одна предпочтительная характеристика предпочтительного варианта осуществления многослойных материалов, имеющих указанные значения Q, заключается в том, что многослойные материалы проявляют силу T-отслаивания в определенном интервале. Как правило, предпочтительные многослойные материалы проявляют силу T-отслаивания в интервале от приблизительно 0,2 Н/дюйм (7,87 Н/м) до приблизительно 10 Н/дюйм (394 Н/м), предпочтительнее в интервале от приблизительно 1,0 Н/дюйм (39,4 Н/м) до приблизительно 6,0 Н/дюйм (236 Н/м) и наиболее предпочтительно от 2 Н/дюйм (78,7 Н/м) до 4 Н/дюйм (157 Н/м).
Силу T-отслаивания многослойного материала определяют следующим образом. Получают образцы многослойного материала для испытания. Например, получают многослойные образцы, включающие, по меньшей мере, две полимерные пленки, а также содержащие слой самоклеящегося адгезива, расположенный между пленками. Каждый многослойный образец имеет ширину 25 мм и длину 200 мм. Каждую из двух полимерных пленок на краю образца затем отделяют друг от друга путем растягивания краев пленки в противоположных направлениях друг от друга, причем это направление, как правило, является перпендикулярным продольной оси образца. Полученная конфигурация образца напоминает букву T. Растягивание пленок на краях образца продолжают до тех пор, пока не будут разделения имеющие длину 50 мм части каждой пленки, и остается часть многослойного образца длиной 150 мм.
Образец затем помещают в испытательное устройство, способное измерять растягивающую силу при различных скоростях. Предпочтительно в испытаниях используют следующие условия: температура составляет 23°C +/-3°C, и относительная влажность составляет 50% +/-5%. Устройство для испытания при растяжении предназначено для измерения силы при растяжении на расстоянии 200 мм от первоначального расстояния между зажимами, составляющего 40 мм. Скорость растяжения или движения зажимов составляет 300 мм/мин. Образец помещают в испытательное устройство таким образом, что каждая из пленок растягивается по направлению друг от друга, причем это направление перпендикулярно продольной оси образца. В ходе испытания каждого образца определяли среднее значение растягивающей силы и стандартное отклонение.
В соответствии с настоящим изобретением при проектировании и/или изготовлении многослойных материалов, имеющих, по меньшей мере, один внутренний адгезионный слой, и, в частности, многослойных материалов для применения в герметизации, предпочтительно выбирать пленки на противоположных сторонах адгезионного слоя таким образом, чтобы значение Q для выбранных пленок составляло менее чем 1000 мкм/м°C, предпочтительно менее чем 500 мкм/м°C и наиболее предпочтительно менее чем 100 мкм/м°C. Как правило, пленки находятся в непосредственной близости к адгезионному слою, однако настоящее изобретение включает варианты осуществления, в которых один или более дополнительных слоев или областей материалов находятся между адгезионным слоем и одним слоем или обоими слоями пленки. Предпочтительно адгезионный слой включает один или более самоклеящихся адгезивов.
Посредством использования этих ключевых аспектов можно обеспечить, потенциально с помощью других отличительных особенностей предпочтительного варианта осуществления многослойной крышки, согласно описанию в настоящем документе, весьма специфические характеристики адгезии, повторной герметизации и открывания многослойной крышки.
Контейнер
Термин «контейнер» при использовании в настоящем документе означает помещение, корпус или упаковку, которая образует внутреннюю полую область, где можно хранить продукты питания или другие предметы. Внутренняя область контейнера может быть доступно через одно или более отверстий или щелей, образованных в контейнере, например в стенке контейнера. В качестве альтернативы, контейнер может быть предпочтительно изготовлен из сохраняющего относительно жесткую форму материала таким образом, что контейнер имеет углубленную открытую внутреннюю область, которая является доступной через отверстие или другое входное устройство, образованное в контейнере. Предпочтительные формы контейнера в соответствии с настоящим изобретением содержат одну или более относительно жестких стенок, образованных и/или расположенных вокруг отверстия, которое обеспечивает беспрепятственный доступ во внутреннее пространство контейнера.
Предпочтительно приблизительно по периферии отверстия контейнера проходит кромка или другой структурный элемент, который образует для контакта и герметичного соединения с вышеописанной крышкой. Предпочтительно на поверхности расположен слой термогерметизируемого материала, или, по меньшей мере, существует область поверхности кромки для последующего контакта с термогерметизируемым слоем многослойной крышки во время термического соединения между крышкой и контейнером.
Хотя предпочтительная форма контейнера представляет собой имеющее жесткие стенки помещение с вышеописанной кромкой, настоящее изобретение включает использование контейнеров с гибкими стенками, таких как мешок, сумка или пакет.
Термогерметизируемый слой контейнера
Предпочтительно в термогерметизируемом слое контейнера используют такой же или другой подходящий совместимый материал, как в вышеописанном термогерметизируемом слое для крышки.
Подложка контейнера
Контейнер включает подложку, который предпочтительно определяет всю структуру, прочность и форму контейнера. Для контейнера можно использовать широкое разнообразие материалов, известных в технике. Выбор определенного материала зависит в основном от конкретного применения и требований герметизации контейнерного изделия.
Предпочтительный вариант осуществления упаковочного изделия
Фиг.1 представляет схематическое изображение предпочтительной многослойной крышки 20, используемой в предпочтительном варианте осуществления упаковочного изделия в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительная многослойная крышка 20 включает внешнюю подложку 30, необязательный слой непроницаемого материала 40, самоклеящийся слой 50, разделительный слой 60, внутреннюю подложку 70 и термогерметизируемый слой 80. Внешняя подложка 30 имеет внешнюю поверхность 32, на которую можно наносить печатные или другие идентифицирующие знаки. Термогерметизируемый слой 80 имеет нижнюю поверхность 82 для последующего контакта с контейнером во время операции герметизации. Разрез, надрез или щель 90 проходит через или, по меньшей мере, частично через термогерметизируемый слой 80. Разрез, надрез или щель предпочтительно проходит полностью через слой 80, внутреннюю подложку 70 и разделительный слой 60. Граница разделения 56 образована между самоклеящимся слоем 50 и разделительным слоем 60. Как разъясняется выше в настоящем документе, при открывании контейнера многослойная крышка 20 отделяется вдоль этой границы раздела в областях крышки 20, которые прилегают к областям, в которых термогерметизируемый слой 80 термически присоединяется к контейнеру (не показано на Фиг.1). Крышка 20 также имеет один или более внешних краев 21, описанных более подробно в настоящем документе.
Фиг.2 представляет схематическое изображение предпочтительного контейнера 100, используемого в предпочтительном варианте осуществления упаковочного изделия в соответствии с настоящим изобретением. Контейнер 100 включает термогерметизируемый слой 110 и подложку 120, который включает кромку 122 и одну или более стенок 126. Термогерметизируемый слой 110 имеет верхнюю поверхность 112 для последующего контакта с крышкой и, более конкретно, с нижней поверхностью 82 крышки 20, представленной на Фиг.1.
Фиг.3 представляет схематическое изображение предпочтительной многослойной крышки 20 перед прикреплением соединением или иным процессом присоединения к контейнеру, где крышка 20 частично отделена вдоль границы разделения 56, открывая нижнюю поверхность 52 самоклеящегося слоя 50 и верхнюю поверхность 62 разделительного слоя 60. Этот чертеж иллюстрирует предпочтительную конфигурацию для надреза 90, проходящего, по меньшей мере, частично через разделительный слой 60, внутреннюю подложку 70 и термогерметизируемый слой 80. Предпочтительно надрез 90 проходит вдоль внешней периферии крышки 20.
Фиг.4 представляет перспективный вид предпочтительного варианта осуществления упаковочного изделия 10, включающего крышку 20 и контейнер 100. Фиг.4 иллюстрирует упаковку 10, открываемую после того, как крышка 20 и контейнер 100 были термически соединены друг с другом посредством своих соответствующих термогерметизируемых слоев 80 и 110 (см. Фиг.1 и 2 соответственно) вдоль кромки 122 контейнера 100. Упаковку 10 открывают натяжением края или части крышки 20 в направлении стрелки A, в результате крышка 20 разделяется на две части. Внутренняя отделяемая часть 24 остается термически присоединенной к кромке 122 контейнера 100. Образуется внешняя отделяемая часть 22, и ее снятие с закрытого контейнера обеспечивает доступ во внутреннее пространство контейнера 130. Разделение крышки 20 на ее части 22 и 24 происходит вдоль границы разделения 56 в области крышки между надрезом 90 и внешним краем 21 крышки 20, как показано на Фиг.1, 3 и 4. Разделение крышки 20 не происходит во внутренней области, представленной на Фиг.4 как область 23. При разделении крышки область нижней поверхности 52 самоклеящегося адгезива 50 открывается во внешней отделяемой части 22 крышки. Кроме того, область верхней поверхности 62 разделительного слоя 60 открывается во внутренней отделяемой части 24 крышки.
Фиг.5 представляет частичный вид поперечного сечения упаковочного изделия 10, взятый вдоль линии 5-5, показанной на Фиг.4. Вид на Фиг.5 иллюстрирует конфигурацию крышки 20 и контейнера 100 после термического соединения друг с другом и перед первоначальным открыванием герметизированной упаковки 10. В частности, термогерметизация крышки 20 и контейнера 100 происходит вдоль границы раздела между термогерметизируемыми слоями 80 и 110. Фиг.5 иллюстрирует термогерметизацию (или термогерметизируемую область), проходящую, как правило, между надрезом 90 и внешним краем 21 крышки 20 и, как правило, между термогерметизируемыми слоями 80 и 110.
Фиг.6 представляет частичный вид поперечного сечения упаковочного изделия 10, взятый вдоль линии 6-6 на Фиг.4. Фиг.6 иллюстрирует конфигурацию внешней отделяемой части 22 крышки после того, как крышка 20 термически прикрепляется к контейнеру 100, и после первоначального открывания упаковки 10. Фиг.6 также иллюстрирует первый поверхностный размер 92, который открывается вдоль имеющих боковое направление краев слоев 60, 70 и 80 крышки 20. Поверхностный разрез 92 образуется при образовании вышеописанного надреза 90 и открывается при разделении крышки 20 на части 22 и 24.
Фиг. 7 представляет частичный вид поперечного сечения упаковочного изделия 10, взятый вдоль линии 7-7 на Фиг. 4. Фиг. 7 иллюстрирует конфигурацию внутренней отделяемой части 24 крышки после того, как крышка 20 термически прикреплена к контейнеру, и после первоначального открывания упаковки 10. Контейнер 100 имеет внутреннюю поверхность 132. Предусмотрено, что один или более герметизирующих, непроницаемых и/или совместимых с продуктами питания материалов можно помещать или иным способом наносить на эту внутреннюю поверхность 132. Фиг. 7 также иллюстрирует второй поверхностный разрез 94, который открывается вдоль имеющих боковое направление краев слоев 60, 70 и 80 крышки 20. Поверхностный разрез 94 образуется при образовании вышеописанного надреза 90 и открывается при разделении крышки 20 на части 22 и 24.
Фиг. 8 представляет схематическое изображение еще одной предпочтительной многослойной крышки 20а, используемой в предпочтительном варианте осуществления упаковочного изделия в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительная многослойная крышка 20а включает печатный слой 36, внешнюю подложку 30, слой непроницаемого материала 40, самоклеящийся слой 50, разделительный слой 60, внутреннюю подложку 70 и термогерметизируемый слой 80, или альтернативно, слой непроницаемого материала (40) расположен на втором герметизирующем слое (80) внутренней подложки (70). Печатный слой 36 имеет внешнюю поверхность 32а, на которую можно наносить печатные или другие идентифицирующие знаки. Термогерметизируемый слой 80 имеет нижнюю поверхность 82 для последующего контакта с контейнером во время операции герметизации. Разрез, надрез или щель 90 проходит через или, по меньшей мере, частично через термогерметизируемый слой 80. Разрез, надрез или щель предпочтительно проходит полностью через слой 80, внутреннюю подложку 70 и разделительный слой 60. Граница разделения 56 образована между самоклеящимся слоем 50 и разделительным слоем 60. Как разъясняется выше в настоящем документе, при открывании контейнера многослойная крышка 20 разделяется вдоль этой границы раздела в областях крышки 20а, которые прилегают к областям, в которых термогерметизируемый слой 80 термически присоединяется к контейнеру (не показано на Фиг. 8).
Дополнительные предпочтительные аспекты содержащего крышку и контейнер изделия
В приведенной ниже таблице 5 представлен список дополнительных предпочтительных характеристик и отличительных особенностей предпочтительного упаковочного изделия.
Характеристики и отличительные особенности перечислены в порядке важности. Пункты 1, 2, 6 и 11 предпочтительно обеспечиваются соответствующим выбором материалов, используемых в соответствующем слое (слоях). Пункты 3, 4, 7, 8, 9 и 11 предпочтительно обеспечиваются соответствующим выбором самоклеящегося адгезива и его характеристиками и свойствами.
Таблица 5Отличительные особенности предпочтительного упаковочного изделия
Пункт
Характеристика или отличительная особенность
1
Свойства непроницаемости
2
Хорошая постоянная герметизация дна упаковки
3
Косвенный контакт с продуктами питания (в отношении адгезива)
4
Снятие с разделительной пленки
5
Индикатор открывания/безопасности
6
Качество наносимой печати (высокая печать, точечная матрица, флексография)
7
Снятие после отслаивания/повторного ламинирования
8
Температура изготовления (от 5 до 10°C)
9
Температура использования (от -5 до 30°C)
10
Скорость печати
11
Прозрачность многослойного материала
12
Непосредственный контакт с продуктами питания (в отношении адгезива)
Настоящее изобретение также предлагает способ открывания и повторной герметизации ранее термогерметизированной упаковки. Упаковка включает компонент контейнера и компонент крышки, как описано выше в настоящем документе. Способ включает отделение первой части компонента крышки от остающейся второй части компонента крышки и термически прикрепленного к ней компонента контейнера. Это приводит к разделению самоклеящегося слоя из разделительного слоя в термогерметизируемой области (областях), в результате чего открывается область самоклеящегося адгезива и соответствующая область разделительного слоя. Поскольку разделение крышки не происходит во всех местах, например во внутренней области 23 крышки 20 (см. Фиг.4), упаковка легко открывается, и внутреннее пространство контейнера становится доступным. Способ также включает сопряженный контакт открытой области самоклеящегося адгезива и открытой области разделительного слоя, в результате чего упаковка повторно герметизируется. Термин «сопряженный контакт» означает расположение внешней отделяемой части 22 крышки, которая имеет открытую область самоклеящегося адгезива, таким образом, что эта область совмещается с соответствующей открытой областью разделительного слоя во внутренней отделяемой части 24 крышки. Предпочтительно при сопряженном контакте этих областей друг с другом каждая область контактирует друг с другом полностью или практически полностью.
Фиг.11 представляет схематический вид поперечного сечения многослойного материала или часть многослойного материала, в котором два слоя, находящихся на противоположных поверхностях адгезионного слоя, обладают определенными характеристиками теплового расширения, которые связаны друг с другом. В частности, Фиг.11 представляет многослойный материал 200, включающий первую полимерную пленку или слой 210, адгезионный слой 220 и вторую полимерную пленку или слой 230. Первый полимерный слой 210 имеет внешнюю поверхность 208. Второй полимерный слой 230 имеет внешнюю поверхность 232. Характеристики теплового расширения слоев 210 и 230 являются такими, что значение двухмерного вектора ΔCTE (или CTS) или значение Q, которое определено в настоящем документе, составляет менее чем 1000 мкм/м°C, предпочтительно менее чем 500 мкм/м°C и наиболее предпочтительно менее чем 100 мкм/м°C. Кроме того, как разъясняется выше, многослойный материал 200 предпочтительно показывает силу T-отслаивания, составляющую от приблизительно 0,2 Н/дюйм (7,87 Н/м) до приблизительно 7 Н/дюйм (276 Н/м), и предпочтительнее в интервале от приблизительно 1,8 Н/дюйм (70,9 Н/м) до приблизительно 2,8 Н/дюйм (110 Н/м). Определение силы T-отслаивания осуществляют, как описано в настоящем документе.
Компонент контейнера и компонент крышки термически прикрепляются друг к другу посредством контакта первого герметизирующего слоя компонента контейнера и второго герметизирующего слоя компонента крышки. Способ также включает нагревание первого и второго герметизирующих слоев до температуры, составляющей от приблизительно 120°C до приблизительно 130°C, в течение периода времени, составляющего, по меньшей мере, 2 секунды.
Примеры
2
Пример 1. В первой серии исследований проводили испытания по отслаиванию, в которых измеряли силу адгезии предпочтительного самоклеящегося адгезива, описанного выше Fasson S692N, по отношению к различным материалам. Исследовали четыре различных материала, в том числе стекло, полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилентерефталат (PET) и полипропилен (PP). Адгезив наносили на соответствующие материалы при различной плотности нанесения адгезива. Затем измеряли силу отслаивания адгезива от материала подложки. Фиг.9 иллюстрирует значения силы отслаивания (Н/дюйм), измеренные для каждого из материалов, содержащих различные количества предпочтительного адгезива (г/м). Как можно видеть, при увеличении плотности покрытия увеличивается сила отслаивания.
2
Пример 2. В еще одной серии исследований измеряли клейкость методом петли предпочтительного адгезива Fasson S692N по отношению к вышеупомянутым четырем подложкам, включая стекло, HDPE, PET и PP. Фиг.10 иллюстрирует значения определенной методом петли клейкости (Н/дюйм), измеренные для каждой из подложек, содержащих различные количества предпочтительного адгезива (г/м). При увеличении плотности покрытия увеличивается измеренная методом петли клейкость.
Как разъясняется выше, различия силы отслаивания и измеренной методом петли клейкости между противоположными поверхностями самоклеящегося адгезива в многослойных крышках можно использовать для достижения желательного поведения крышки при разделении и характеристик повторной герметизации. Фиг.9 и 10 показывают, что плотность покрытия или толщина самоклеящегося адгезива в многослойной крышке может также влиять на характеристики силы отслаивания и клейкости петли между адгезивом и каждым из слоев, находящихся в непосредственной близости к адгезионному слою.
Дополнительные подробности в отношении различных компонентов, аспектов производства и конструкции предпочтительного варианта осуществления упаковочного изделия и его соответствующих компонентов многослойной крышки и контейнера представлены в патенте США №7165888, который принадлежит правообладателю настоящей заявки.
Другие многочисленные преимущества, несомненно, станут очевидными в результате последующего применения и развития данной технологии.
Все патенты, опубликованные заявки, способы и стандарты испытаний, а также статьи, упомянутые в настоящем документе, во всей своей полноте включаются в него посредством соответствующей ссылки.
Как описано выше в настоящем документе, данное изобретение решает многочисленные проблемы, связанные с устройствами предшествующих типов. Однако следует отметить, что различные изменения деталей, материалов и устройств частей, которые описаны и проиллюстрированы в настоящем документе, чтобы разъяснить природу данного изобретения, могут быть осуществлены специалистами в данной области техники без отклонения от принципа и объема настоящего изобретения, которое определено в прилагаемой формуле изобретения.