ГИБКИЙ УПАКОВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
FLEXIBLE BAG MATERIAL

Настоящее изобретение относится к гибкому упаковочному материалу, изготовленному из пластмассового материала, для упаковки сухих продуктов питания, таких как зерновые продукты.
ЕР-А-1658973 описывает упаковочную пленку, обеспечивающую некоторую проницаемость кислорода, для упаковки продуктов питания, которым требуется проницаемость кислорода.
WO-A-2006/011842 описывает жесткий проницаемый упаковочный материал для скоропортящихся продуктов, обладающих микробиологической активностью, причем данный упаковочный материал обеспечивает непроницаемость газообразного диоксида углерода и непроницаемость газообразного кислорода, которую можно регулировать независимо от толщины упаковочного материала.
Гибкие мешки, изготовленные из пластмассового материала, можно использовать в качестве внутренних мешков упаковок типа ящика с вкладышем в форме мешка. Здесь гибкий мешок вставлен во внешний ящик, изготовленный из картонного материала. Эти упаковки обладают таким преимуществом, что на картоне можно легко печатать, и после использования его можно сгибать, получая плоский материал для переработки. Кроме того, эти упаковки обычно имеют форму, которая обеспечивает хороший внешний вид продуктов на полках розничных магазинов.
US-A-5203470 описывает ящик с вкладышем в форме мешка как композитный контейнер для хранения и разлива жидкостей, таких как, например, молоко или вино. Эти контейнеры состоят, в основном, из пластмассового внутреннего мешка, имеющего приспособление для выливания, внутри жесткого внешнего картонного ящика.
Загрязняющие вещества, диффундирующие через пластмассовый внутренний мешок, могут представлять собой проблему, особенно при использовании материала на основе картона или полученного из макулатуры картона. В течение нескольких последних лет возрастает информированность и беспокойство в отношении загрязняющих веществ в полученных из макулатуры картонных материалах или печатных красках, а также других внешних загрязняющих веществ из окружающей среды, которые проникают в продукты питания.
Для ящика с вкладышем в форме мешка в качестве упаковки для продуктов питания, где картон или полученный из макулатуры картон используют по соображениям экономики и логистики для изготовления внешнего ящика и где внутренний упаковочный материал не обеспечивает функциональной непроницаемости по отношению к летучим загрязняющим веществам, мигрирующим из картонного ящика, определенную проблему могут вызывать углеводородные минеральные масла, такие как, например, минеральные масла на основе насыщенных углеводородов (MOSH), типичное летучее загрязняющее вещество, содержащееся в полученном из макулатуры картонном материале. В таких обстоятельствах продукты питания могут оказываться загрязненными и становиться непригодными для употребления. Чтобы уменьшить эту проблему, можно использовать для внешнего ящика материал, изготовленный из чистого картона, но это может создавать значительные дополнительные расходы, а также может приводить к потенциальным проблемам снабжения, поскольку мировые источники чистого картона зачастую оказываются недостаточными. Кроме того, летучие загрязняющие вещества (иногда называемые просто «летучие вещества») могут также поступать из печатных красок, используемых на картонных упаковках.
В качестве альтернативы, которая предотвращает миграцию загрязняющих веществ в продукты питания, упакованные в ящик с вкладышем в форме мешка, внутренний мешок можно изготавливать из обладающего высокой непроницаемостью сложного многослойного материала. Такой внутренний мешок, как правило, состоит из полученной в многостадийном процессе многослойной структуры, содержащей два или более отдельных слоев из пленки и/или фольги. Как правило, используют непроницаемые слои на основе оксида алюминия или другого металла. Для изготовления таких структур обычно требуется многостадийный технологический режим со всеми присущими ему расходами и воздействиями на окружающую среду. Известный материал, используемый до настоящего времени, который является прочным непроницаемым материалом, представляет собой металлизированный многослойный материал, включающий, как правило, металлизированный ОРР толщиной 18 мкм и HDPE-Surlyn толщиной 35 мкм. Даже если бы такой многослойный материал решал некоторые проблемы, он оставался бы бесполезным для упаковок некоторых сухих продуктов питания, таких как, например, большинство зерновых продуктов, потому что большинство этих зерновых продуктов должны «дышать», но металлизированный многослойный материал OPP/HDPE обладает высокой непроницаемостью кислорода, что не позволяет обеспечить требуемую возможность поступления воздуха.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить гибкий пластмассовый упаковочный материал для упаковки сухих продуктов питания, таких как зерновые продукты, который обладает высокотемпературной герметизирующей способностью и может отслаиваться, а также имеет не только хорошую непроницаемость для влаги, но и допускает некоторую заданную проницаемость кислорода.
Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить хорошую непроницаемость и предотвратить миграцию летучих веществ, в частности короткоцепочечных углеводородов, из окружающей среды в мешок, изготовленный из указанного гибкого упаковочного материала.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить гибкий упаковочный материал, который обеспечивает хорошую непроницаемость по отношению к запахам или ароматам.
3
2
Перечисленные выше задачи решены за счет предложенного гибкого упаковочного материала, изготовленного из пластмассового материала, для упаковки сухих продуктов питания, таких как зерновые продукты, при этом указанный пластмассовый материал представляет собой одностадийное полотно многослойной пленки, включающее по меньшей мере обладающий высокой непроницаемостью для влаги слой, изготовленный из HDPE, непроницаемый для кислорода слой, допускающий некоторую заданную проницаемость кислорода и изготовленный из экструдированной смеси аморфного полиэтилентерефталата (PETG) и полимера на основе полиэтилена (РЕ), так чтобы иметь проницаемость кислорода, составляющую 400 см/м/сутки или выше при измерении в условиях температуры 23°С и относительной влажности 0%, а также отслаивающийся герметизирующий слой, причем указанный непроницаемый для кислорода слой содержит экструдированную смесь, включающую менее чем 85 мас. % PETG, при этом остальная масса смеси представляет собой полимер на основе полиэтилена (РЕ).
В случае умеренно непроницаемого для кислорода слоя требуется использование экструдированной смеси PETG и РЕ, чтобы обеспечить определенную полимерную морфологию, т.е. определенную химическую структуру, которая сочетается с определенным расположением полимерных цепей, таким образом, что области полимерной структуры являются открытыми, чтобы обеспечивать более высокую проницаемость кислорода через слой PETG/PE.
Предпочтительные варианты осуществления изобретенного гибкого упаковочного материала описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Описан гибкий упаковочный материал, в котором одностадийное полотно многослойной пленки дополнительно включает непроницаемый для летучих веществ слой, изготовленный из экструдированной смеси аморфного полиэтилентерефталата (PETG) и полимера на основе полиэтилена (РЕ), для предотвращения или замедления миграции короткоцепочечных углеводородов или углеводородных минеральных масел, происходящих, например, из печатной краски, или минеральных масел, содержащихся в полученной из макулатуры бумаге.
В частности, указанное одностадийное полотно многослойной пленки может дополнительно включать непроницаемый для запахов или ароматов слой, изготовленный из экструдированной смеси аморфного полиэтилентерефталата (PETG) и полимера на основе полиэтилена (РЕ).
Отслаивающийся герметизирующий слой может быть изготовлен из иономера.
3
2
Указанный непроницаемый для кислорода слой, изготовленный из экструдированной смеси PETG и РЕ, предпочтительно имеет проницаемость кислорода, составляющую более чем 450 см/м/сутки при измерении в условиях температуры 23°С и относительной влажности 0%.
2
Указанный обладающий высокой непроницаемостью для влаги слой предпочтительно имеет скорость пропускания водяного пара, составляющую менее чем 5 г/м/сутки при измерении в условиях температуры 38°С и относительной влажности 90%.
Указанный непроницаемый для кислорода слой предпочтительно содержит экструдированную смесь, включающую 80 мас. % или менее PETG, причем остальная масса смеси представляет собой полимер на основе полиэтилена (РЕ).
Указанное одностадийное полотно многослойной пленки предпочтительно содержит на одной стороне внешний обладающий высокой непроницаемостью для влаги слой (10) HDPE и на противоположной внешней стороне отслаивающийся герметизирующий слой (50), а также включает между этими двумя внешними слоями дополнительный слой, изготовленный из экструдированной смеси аморфного полиэтилентерефталата и полимера на основе полиэтилена.
Указанный дополнительный слой, изготовленный из экструдированной смеси PETG и РЕ, может служить как непроницаемый для кислорода слой, как непроницаемый для запахов или ароматов слой и как непроницаемый для летучих веществ слой.
Указанное одностадийное полотно многослойной пленки предпочтительно включает между указанным непроницаемым для кислорода слоем и указанным отслаивающимся герметизирующим слоем дополнительный обладающий непроницаемостью для влаги слой, изготовленный из HDPE.
Указанное одностадийное полотно многослойной пленки предпочтительно включает по меньшей мере на одной стороне дополнительного слоя вспомогательный связующий слой для соединения слоев, включающих PETG, со слоями, включающими HDPE.
Предпочтительно, по меньшей мере некоторые из указанных слоев (10, 15, 20, 30, 40, 50) состоят из непроницаемых полимеров или смесей непроницаемых полимеров.
Указанное одностадийное полотно многослойной пленки предпочтительно представляет собой соэкструдированную пленку, в частности раздувную соэкструдированную пленку.
На проницаемость кислорода умеренно непроницаемого для кислорода слоя влияют его состав и толщина данного слоя. Сравнение проницаемости кислорода непроницаемого для кислорода слоя толщиной 9 мкм, состоящего из чистого PETG, и слоев толщиной 9 мкм, изготовленных из экструдированной смеси PETG и РЕ, представлено в таблице 1. Значения проницаемости кислорода измеряли при температуре 23°С и относительной влажности 0%.
3
2
3
2
Таблица 1 показывает, что без смешивания материала PETG непроницаемого для кислорода слоя с другим компонентом смеси функция непроницаемости является чрезмерно высокой для применения в упаковке большинства сухих продуктов питания, таких как, например, зерновые продукты, поскольку данным продуктам требуется возможность проветривания или проницаемости кислорода, составляющая 400 см/м/сутки или более, предпочтительно 450 см/м/сутки или более. Для применения в качестве компонента смеси полимер на основе полиэтилена является предпочтительным. Другие компоненты смеси могут представлять собой полимеры на основе полипропилена (РР).
Гибкий упаковочный материал согласно настоящему изобретению также обеспечивает функциональную непроницаемость по отношению к влаге, короткоцепочечным углеводородным загрязняющим веществам, запахам или ароматам в структуре «одностадийной пленки», в которой в то же время данный гибкий упаковочный материал обеспечивает заданную воздухопроницаемость или проницаемость кислорода.
Проницаемость кислорода и влаги упаковочных материалов предшествующего уровня техники измеряли и сравнивали с соответствующими свойствами гибкого упаковочного материала согласно настоящему изобретению. Соответствующие результаты представлены в таблице 2. Значения проницаемости кислорода измеряли при температуре 23°С и относительной влажности 0%, и проницаемость влаги (скорость проникновения водяного пара) измеряли в условиях температуры 38°С и относительной влажности 90%. Новый гибкий упаковочный материал имеет внешний влагонепроницаемый слой HDPE и слой экструдированной смеси 80 мас. % PETG и 20 мас. % РЕ толщиной 9 мкм, а также внутренний иономерный слой и включает на обеих сторонах непроницаемого для кислорода слоя связующий слой для улучшения соединения слоев HDPE и иономера. Суммарная толщина исследуемого гибкого упаковочного материала составляет 60 мкм.
Настоящее изобретение предлагает одностадийное полотно многослойной пленки, т.е. пленку, включающую ряд отдельных слоев, которую изготавливают в едином одностадийном процессе, где все слои экструдируют и соединяют друг с другом сначала под действием тепла, которое приводит к тому, что они химически соединяются друг с другом. Одностадийное полотно многослойной пленки согласно настоящему изобретению предпочтительно изготавливают в процессе совместной экструзии или путем сочетания совместной экструзии и покрытия, где один, или несколько, или сочетание данных слоев обеспечивают непроницаемость по отношению к летучим веществам, в частности короткоцепочечным углеводородам, а также обеспечивают заданную функцию воздухопроницаемости и/или проницаемости кислорода для защиты материалов, упакованных в гибкий мешок, изготовленный из многослойного пленочного материала согласно настоящему изобретению. Одностадийное полотно многослойной пленки согласно настоящему изобретению также включает отслаивающийся герметизирующий слой, предпочтительно изготовленный из иономера, или, в качестве альтернативы, полимер, обладающий высокой способностью отслаивания/герметизации.
Слои могут состоять из чистых непроницаемых полимеров или смесей непроницаемых полимеров и других функциональных материалов и/или наполнителей.
Кроме того, гибкий упаковочный материал согласно настоящему изобретению также обеспечивает низкие уровни проницаемости влаги, а также может обеспечивать и другие функции, такие как очень высокая способность термической герметизации и отслаивания.
Гибкий упаковочный материал согласно настоящему изобретению имеет менее высокую стоимость, чем известные упаковочные материалы, а также производит меньшее воздействие на окружающую среду и обеспечивает более продолжительный срок службы.
Гибкий упаковочный материал согласно настоящему изобретению является особенно подходящим для изготовления внутреннего мешка упаковки типа ящика с вкладышем в форме мешка, содержащей внешний жесткий ящик, изготовленный из картона, в частности, когда полученный из макулатуры картон используют в качестве материала для жесткого ящика. В этом последнем случае продемонстрировано, что гибкий упаковочный материал согласно настоящему изобретению обеспечивает функциональную непроницаемость по отношению к загрязняющим веществам между полученным из макулатуры картонным материалом внешнего жесткого ящика упаковки с вкладышем в форме мешка и продуктом, содержащимся во внутреннем гибком мешке. Упаковочный материал согласно настоящему изобретению представляет собой одностадийное полотно пленки, которое обеспечивает требуемую непроницаемость летучих веществ и в то же время обеспечивает доступ воздуха к упакованным сухим продуктам питания, в частности зерновым продуктам.
3
2
3
2
Большинство зерновых продуктов, таких как кукурузные хлопья, испускают Hexanal и т.д. и при «заточении» во внутреннем мешке демонстрируют «посторонний свой вкус/запах» потребителю при открывании упаковки. Если зерновые продукты упакованы в конструкцию с высокой непроницаемостью для кислорода (проницаемостью кислорода, составляющей менее чем 400 см/м/сутки), к продуктам прекращается доступ воздуха. Поскольку все известные упаковочные материалы, обеспечивающие непроницаемость для летучих веществ и в то же самое время допускающие некоторую проницаемость кислорода, демонстрируют высокую непроницаемость для кислорода, т.е. проницаемость кислорода, значительно меньшую, чем 400 см/м/сутки, и, следовательно, являются не пригодными для упаковки большинства зерновых продуктов.
Для зерновых продуктов требуется упаковочный материал, которым обеспечиваются:
a) Высокая непроницаемость для влаги, потому что большинство сухих зерновых продуктов обладает высокой гигроскопичностью. Данная высокая непроницаемость для влаги достигается за счет слоев HDPE.
b) Умеренная непроницаемость для кислорода. Данная умеренная непроницаемость для кислорода достигается путем смешивания аморфного полиэтилентерефталатного или модифицированного гликолем полиэтилентерефталатного (PETG) слоя с другим полимером. Если непроницаемость для кислорода является чрезмерно высокой, затрудняется доступ воздуха, необходимый для некоторых продуктов, например кукурузных хлопьев. Это исключает соэкструдированные структуры, такие как PET/РЕ, нейлон/РЕ или сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), или металлизированный ОРР толщиной 18 мкм/HDPE-иономер толщиной 35 мкм, как, например, Surlyn.
c) Непроницаемость для запахов или ароматов, например, содержащих шоколад зерновых продуктов. Данную непроницаемость для запахов или ароматов обеспечивает слой PETG.
d) Непроницаемый для летучих веществ слой, предотвращающий и/или замедляющий миграцию короткоцепочечных углеводородов, например минеральных масел, которые могут, например, выделять полученные из макулатуры картонные материалы и/или печатные краски. Данную непроницаемость для летучих веществ обеспечивает смешанный слой PETG.
е) Пленка также должна иметь широкий температурный интервал, чтобы ее можно было использовать на вертикальных упаковочных машинах, осуществляющих формование, наполнение и запечатывание (VFFS), способность высокотемпературной герметизации от пыли и загрязняющих веществ, а также функцию легкого открывания/отслаивания герметической упаковки. Соответственно, указанная пленка предназначена для герметизации в интервале температур от 95°С до 127°С, т.е. интервал герметизации составляет 32°С. Это представляет собой важную характеристику пленки для ее надлежащего использования на вертикальных упаковочных машинах, осуществляющих формование, наполнение и запечатывание (VFFS).
Гибкий упаковочный материал согласно настоящему изобретению сочетает в себе все свойства, требуемые для упаковки зерновых продуктов, т.е. свойства непроницаемости влаги и свойства высокой способности отслаивания и герметизации, а также обладает требуемыми свойствами проницаемости кислорода.
Все данные требования выполняются за счет использования сочетания HDPE, PETG/PE и иономеров или, в качестве альтернативы, изготовления в процессе совместной экструзии многослойного материала с высокой способностью отслаивания и герметизации.
Слои HDPE не только служат в качестве влагонепроницаемых, но также обеспечивают свойства высокой термической стойкости и повышают сопротивление пленки гибкого упаковочного материала.
Для соединения слоев на основе HDPE и PETG, как правило, требуется применение связующих слоев. Поскольку упаковки для сухих продуктов питания, как правило, должны быть отслаивающимися, предпочтительный герметизирующий слой состоит из иономера.
Предпочтительно, многослойная пленка представляет собой раздувную пленку.
Другим аспектом настоящего изобретение является применение описанного выше гибкого упаковочного материала для упаковки сухих продуктов питания, в частности зерновых продуктов.
Кроме того, аспектом изобретения является применение описанного выше гибкого упаковочного материала для изготовления внутреннего мешка упаковки типа ящика с вкладышем в форме мешка, включающей внешний жесткий ящик, изготовленный из картона, в частности, полученного из макулатуры картона.
Дополнительные преимущества, отличительные характеристики и подробности настоящего изобретения представлены в следующем описании предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления с помощью чертежей, которые содержат следующие схематические изображения:
фиг. 1 представляет вид поперечного сечения гибкого упаковочного материала согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет вид поперечного сечения гибкого упаковочного материала согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 1 представляет поперечное сечение многослойной пленки первого гибкого упаковочного материала. Данный многослойный материал содержит внешний HDPE слой 10, служащий в качестве обладающего высокой непроницаемостью влаги слоя и внутреннего отслаивающегося герметизирующего слоя 50, который изготовлен из иономера или, в качестве альтернативы, из высокоэффективного герметизирующего материала, допускающего легкое отслаивание перед использованием содержимого. Термины «внешний слой» и «внутренний слой» относятся к упаковке, изготовленной из такой многослойной пленки, в которой внутренняя сторона направлена в сторону пространства, содержащего продукты питания, и внешняя сторона направлена в сторону среды, окружающей упаковку. Упаковка представляет собой гибкий мешок для содержания сухих продуктов питания.
Средний слой 40 представляет собой непроницаемый для кислорода слой, который обеспечивает миграцию кислорода в заданной степени. Указанный средний слой 40 изготовлен из смеси PETG и РЕ, в которой содержание PETG составляет приблизительно 80 мас. %, и содержание РЕ составляет приблизительно 20 мас. %. Указанный средний слой служит не только в качестве непроницаемого слоя для кислорода, но также в качестве непроницаемого слоя для летучих веществ и/или в качестве непроницаемого слоя для запахов. Таким образом, состав и толщину среднего слоя необходимо оптимизировать таким образом, чтобы, с одной стороны, функция непроницаемости для кислорода не была чрезмерно высокой, и, с другой стороны, функция непроницаемости для летучих веществ и/или ароматов была достаточно высокой для защиты сухих продуктов питания, упакованных в такой гибкий упаковочный материал.
Чтобы обеспечить хорошее соединение среднего слоя 40 с влагонепроницаемым слоем 10 и герметизирующим слоем 50, гибкий упаковочный материал содержит на обеих сторонах среднего слоя 40 связующий слой 30.
Фиг. 2 представляет поперечное сечение многослойной пленки второго гибкого упаковочного материала. Данный многослойный материал содержит внешний слой HDPE 10, служащий в качестве обладающего высокой непроницаемостью для влаги слоя, и нижележащий второй слой HDPE 15 в качестве дополнительного влагонепроницаемого слоя, который дополнительно повышает прочность на разрыв гибкого упаковочного материала. Этот повышающий непроницаемость для влаги и прочность слой 15 присоединен к умеренно непроницаемому для кислорода слою 40 через связующий слой 30. Умеренно непроницаемый для кислорода слой 40 дополнительно служит в качестве непроницаемого для летучих веществ слоя, который предотвращает миграцию или диффузию короткоцепочечных углеводородов, а также в качестве непроницаемого для запахов слоя, который предотвращает диффузионное распространение аромата сухих продуктов питания, упакованных в указанный гибкий упаковочный материал. На указанный умеренно непроницаемый для кислорода слой 40 нанесен дополнительный связующий слой, который улучшает соединение дополнительного влагонепроницаемого слоя 20, изготовленного из HDPE. Последний влагонепроницаемый слой покрыт герметизирующим слоем 50.