ЖЕВАТЕЛЬНАЯ РЕЗИНКА, СОДЕРЖАЩАЯ БЛОКСОПОЛИМЕРЫ СТИРОЛА И ДИЕНА
CHEWING GUM CONTAINING BLOCK COPOLYMERS OF STEROL AND DIENE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в общем, к композиции жевательной резинки, а также к способам их получения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к гиммиоснове, а также к композиции жевательной резинки, получаемой из нее, которая содержит блоксополимер стирола и диена, например блоксополимер стирола и бутадиена.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение, соответственно, относится к гуммиоснове, содержащей эластомер и пластификатор эластомера, в которой эластомер содержит блоксополимер стирола и диена, а также к жевательной резинке, содержащей эту гуммиоснову. Настоящее изобретение, в частности, относится к такой гуммиоснове, в которой блоксополимер стирола и диена является блоксополимером стирола и бутадиена. Настоящее изобретение также в частности относится к такой гуммиоснове, которая содержит полимерную смесь и другой эластомер, например статистический сополимер.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу получения гуммиосновы, как детализировано в этой заявке выше. В одном особом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу получения основы жевательной резинки, который предусматривает обеспечение смесителя; обеспечения эластомера к смесителю, причем эластомер содержит блоксополимер стирола и диена; обеспечение пластификатора к смесителю; и смешивание ингредиентов в смесителе для получения гуммиосновы. Такой способ может быть реализован в виде периодического или непрерывного технологического процесса, в котором все этапы введения добавок и компаундирования выполняют при использовании одного смесительного аппарата непрерывного действия.
Настоящее изобретение дополнительно относится к жевательной резинке, содержащей водорастворимую часть и водонерастворимую часть гуммиосновы, в которой часть гуммиосновы детализирована в этой заявке выше. Настоящее изобретение еще дополнительно относится к способу получения таких жевательных резинок. Более конкретно, способ получения жевательной резинки, соответствующий настоящему изобретению, может предусматривать: (а) доставку гуммиосновы к смесителю, причем гуммиоснова содержит эластомерный компонент, а эластомерный компонент содержит блоксополимер стирола и диена; (b) доставку пластификатора к смесителю; (с) доставку подслащивающего вещества к смесителю; (d) доставку вкусового вещества к смесителю; (е) перемешивание ингредиентов для образования продукта жевательной резинки.
Дополнительные элементы и преимущества настоящего изобретения описаны в этой заявке, станут очевидными из подробного описания настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает улучшенные композиции жевательной резинки, гуммиосновы для получения композиций жевательных резинок и способы их получения. В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается получение гуммиоснов, которые содержат эластомер блоксополимера стирола и диена, в частности эластомер блоксополимера стирола и бутадиена, скомбинированный или не скомбинированный с другим эластомером, например статистическим сополимером стирола и диена.
Не придерживаясь какой-либо особой теории, представляется, что использование блоксополимера стирола и диена в качестве эластомерного компонента гуммиосновы может быть предпочтительно использовано для уменьшения времени смешивания, содержания эластомера и/или затрат на энергию в производстве гуммиосновы, при использовании, например, смесителей периодического действия, когда их вязкость уменьшается при температуре, по существу, выше 100°С. По сравнению со статистическими сополимерами стирола и диена, например статистическими сополимерами стирола и бутадиена, блоксополимеры стирола и диена могут также быть обработаны проще в смесителе-экструдере, которые используют, например, в непрерывном технологическом процессе получения гуммиосновы и/или жевательной резинки. Также представляется, что такие полимеры могут давать гуммиосновы со специальными свойствами плавления, которые могут быть использованы для отсаживаемых или формуемых продуктов жевательной резинки.
I. ГУММИОСНОВА
Термопластичные эластомеры, например блоксополимеры стирола и диена, являются каучукоподобным материалом со свойствами и эксплуатационными качествами, очень похожими свойствам и эксплуатационным качествам вулканизированной стандартной резине, однако они могут быть получены в расплавленном состоянии как гермопласт. Выше своей температуры размягчения термопластичный эластомер является текучим и может формоваться или экструдироваться с помощью подобного оборудования и способами, которые обычно используются для термопластов. Ниже своей температуры размягчения термопластичные эластомеры функционируют как гибкий эластичный каучук. Выпускаемые на промышленной основе термопластичные эластомерные блоксополимеры имеют две полимерные фазы и две температуры стеклования: мягкой резины и твердого термопласта. Помимо всего прочего термопластичные эластомерные блоксополимеры, в общем, находятся в одной из трех категорий: (i) блоксополимеры с чередующимися мягкими и твердыми сегментами, (ii) смеси каучукоподобного полимера и термопласта, и (iii) композиции каучукоподобный полимер-термопласт, в которой первый является высоко вулканизированным и тонко диспергированным в последнем. Используемые в настоящее время статистические сополимеры стирола и бутадиена имеют только одну фазу и одну температуру стеклования. Кроме того, термопластичные эластомерные блоксополимеры являются намного более жесткими, чем невулканизированный статистический сополимер стирола и бутадиена, который используют в гуммиоснове.
Блоксополимеры стирола и диена коммерчески являются самой большой по объему категорией термопластичных эластомеров. Будучи термопластичными эластомерами, блоксополимеры стирола и диена предпочтительно обладают механическими свойствами каучуков и характеристиками обработки термопластов. Эти свойства и характеристики относятся к молекулярной структуре сополимера. Например, некоторые из простейших типов блоксополимеров стирола и диена состоят, по меньшей мере, из трех блоков, а именно двух твердых концевых блоков полистирола и один мягкий эластомерный средний блок.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к использованию блоксополимеров стирола и диена в получении гуммиосновы. Более конкретно, настоящее изобретение относится к гуммиоснове, которая содержит блоксополимер стирола и диена, имеющий два или более твердых сегмента или блока полистирола и, по меньшей мере, один мягкий или сравнительно более гибкий сегмент или блок, например, полидиена, например полибутадиена или полиизопрена, между ними.
Следует отметить, как используется в этой заявке термин «блоксополимер», который, в общем, относится к полимеру, содержащему, по меньшей мере, два сегмента или блока разной композиции, имеющему любой один из числа разных архитектур, где мономеры не включены в полимерную архитектуру единственным статистическим или неконтролируемым способом. В некоторых вариантах осуществления блоксополимер может иметь А-В архитектуру (где «А» и «В» представляют мономеры). Другие архитектуры, включенные в определение блоксополимера, включают в себя, например, А-В-А, А-В-А-В, А-В-С, А-В-С-А, А-В-С-А-В, А-В-С-В, А-В-А-С (где «С» представляет третий мономер) и другие комбинации, которые будут очевидными квалифицированным специалистам в этой области техники. Как дополнительно указано в этой заявке, блоксополимеры стирола и диена, соответствующие настоящему изобретению, могут быть факультативно смешаны с одним или более статистических сополимеров стирола и диена (например, со статистическим сополимером стирола и бутадиена). Таким образом, полимер, соответствующий настоящему изобретению, может факультативно иметь архитектуру, например, A-B-J, J-A-B, A-B-A-J, J-A-B-A, A-J-B-A-B, A-J-B-J-C и так далее, где J является статистическим блоком, например, мономеров А и В или мономеров В и С.
Должно быть дополнительно отмечено, что, как используется в этой заявке, каждый «блок» в объеме блоксополимеров этого изобретения может, как правило, содержать приблизительно от 10 до нескольких сотен подобных мономерных сегментов. Факультативно, число мономеров в одном блоке может быть приблизительно 15, приблизительно 20, приблизительно 30, приблизительно 40, приблизительно 50 или более.
В одном предпочтительном варианте осуществления блоксополимер, используемый в настоящем изобретении, содержит три или более блока, в которых средний его блок является мягким или более гибким блоком, например полибутадиеном, по сравнению, например, с твердыми или менее гибкими внешними или конечными блоками полистирола. Факультативно, гибкий средний блок или диеновая часть сополимера может быть частично или полностью гидрогенизирована для увеличения стабильности путем уменьшения окисления. Как правило, для придания стойкости к окислению используют антиоксиданты.
Блоксополимеры, соответствующие настоящему изобретению, могут быть линейными, например, в случае триблоксополимеров стирола, диена и стирола. Могут быть также использованы более сложные структуры, например «радиальный» тип блоксополимеров. Эти типы сополимеров состоят из трех или более цепей или ветвей, например диблоксополимеры стирола и бутадиена, лучеобразно расходящиеся из центрального ядра. В каждом диблоке бутадиеновая часть является внутренней или ближайшей к центральному ядру, а стироловая часть образует конечные блоки.
Не придерживаясь какой-либо особой теории, представляется, что блоксополимеры, соответствующие настоящему изобретению, являются предпочтительными по сравнению, например, со статистическими сополимерами стирола и бутадиена, поскольку они обладают способностью вести себя при комнатной температуре подобно эластичному каучуку с поперечными межмолекулярными связями. Эта способность, в общем, имеет место вследствие молекулярной несовместимости диеновых (например, бутадиеновых) и стироловых элементов. Как результат, эти сегменты или блоки в каждой полимерной цепи склонны к разделению фаз на домены, которые богаты стироловыми элементами, и домены, богатые диеновыми (например, бутадиеновыми) элементами. Поскольку стироловые домены находятся ниже их температуры (Tg) стеклования, они ведут себя подобно местам образования поперечных молекулярных связей, которые связывают полидиеновые (например, полибутадиеновые) сегменты или блоки в неопределенно большую молекулярную сеть и, таким образом, увеличивают упругую прочность при низких температурах. Однако при повышении температуры полимерных цепей выше температуры стеклования полистирола, которая составляет приблизительно 100°С, домены полистирола разъединяются или дезинтегрируются и блоксополимер стирола и диена начинает поддаваться обработке как термопласт, причем вязкость расплава становится сравнимой с вязкостью термопластичных материалов, подобных полистиролу и полипропилену. При последующем охлаждении снова до некоторой степени имеет место разделение фаз, давая возможность блоксополимеру стирола и диена снова обладать хорошими эластомерными качествами.
В отличие от статистических сополимеров стирола и бутадиена, которые получены путем водной эмульсионной полимеризации (смотри, например, патент США №№6818236, 6399721 и 6235319, все содержания которых включены в эту заявку в качестве ссылки для всех соответствующих целей), блоксополимеры стирола и диена, соответствующие настоящему изобретению, могут быть получены путем полимеризации в растворе. Полимеризация в растворе является известной на предшествующем уровне техники и предусматривает, например, анионную полимеризацию с металлоорганическим катализатором, например бутиллитием, инициатором, которых имеется два типа - дифункциональный инициатор подобно натрийнафталину и монофункциональный инициатор, подобный алкиллитию, и подходящим растворителем. Результирующий полимер может быть очищен с помощью других процессов, известных на предшествующем уровне техники, например, посредством барабанной сушки, десорбции паром или удалением растворителя в вакуумном экструдере. Очистку используют для удаления мономеров, катализатора и раствора.
Вообще говоря, различные свойства (например, молекулярную массу, полидисперсность, вязкость и так далее) блоксополимеров стирола и диена, подходящих для использования в соответствии с настоящим изобретением, можно контролировать при использовании технологий, известных на предшествующем уровне техники, для оптимизации их для данного продукта жевательной резинки, в котором должна использоваться эта гуммиоснова. Однако, как правило, эти полимеры могут иметь числовую среднемассовую молекулярную массу приблизительно 100000 дальтон, приблизительно 150000 дальтон, приблизительно 200000 дальтон, приблизительно 250000 дальтон, приблизительно 300000 дальтон или более, причем молекулярная масса находится в диапазоне, например, от приблизительно 100000 дальтон до приблизительно 300000 дальтон или от приблизительно 150000 дальтон до приблизительно 250000 дальтон. Помимо всего прочего полимеры, соответствующие настоящему изобретению, могут иметь полидисперсность более приблизительно 1 и менее приблизительно 2. Например, полидисперсность этих полимеров может быть в диапазоне более приблизительно 1,02-1,10.
Композиция блоксополимеров стирола и диена, подходящая для использования в соответствии с настоящим изобретением, может также контролироваться с помощью технологий, известных на предшествующем уровне техники, для оптимизации ее для данного продукта жевательной резинки, в котором должна быть использована гуммиоснова. Например, блоксополимеры стирола и диена, соответствующие настоящему изобретению, могут иметь общую концентрацию стирола в них более приблизительно 10 мас.%, приблизительно 15 мас.%, приблизительно 20 мас.%, приблизительно 30 мас.%, приблизительно 40 мас.% или более, причем концентрация находится в диапазоне, например, приблизительно 15-40 мас.% или предпочтительно приблизительно 20-35 мас.%, основываясь на общей массе полимера.
На промышленной основе выпускается ряд потенциально подходящих сополимеров стирола и бутадиена. Такие полимеры включают в себя, например, Calprene 401 и Solprene S-4318, которые выпускаются на промышленной основе компанией Dynasol. Calprene 401 является радиальным блоксополимером стирола и диена, имеющим: (i) общую концентрацию стирола, составляющую приблизительно 20 мас.%; (ii) показатель текучести (вязкости) расплава (определенный при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники) при температуре 190°С, который меньше приблизительно 1; (iii) вязкость толуолового раствора (25 мас.%) (определенная при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники) приблизительно 9,7 Па·с; и (iv) величину твердости по Шору А (определенную при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники), составляющую приблизительно 60 единиц. Solprene S-4318 является линейным блоксополимером стирола и диена, имеющим: (i) общую концентрацию стирола, составляющую приблизительно 32 мас.%; (ii) показатель текучести (вязкости) расплава при температуре 190°С, равный приблизительно 8; (iii) вязкость толуолового раствора (25 мас.%) приблизительно 0,685 Па·с; и (iv) величину твердости по Шору А, составляющую приблизительно 69 единиц.
Как указано в этой заявке, было обнаружено, что блоксополимеры стирола и диена особенно хорошо пригодны для использования в качестве эластомерного компонента основы жевательной резинки. Эти блоксополимеры факультативно могут быть использованы в комбинации с другим эластомером, например копченым или жидким латексом и гваюлой, джелутонгом, лечикаспи, перилло, массарандуба балата, гуттаперче, гуттакатайи, нигергутта, туну, чилте, чикуибилом, гуттахангкангом, статистическим сополимером стирола и диена, полиизобутиленом сополимерами изобутилена и изопрена, и их смесями. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления эластомерный компонент, соответствующий настоящему изобретению, может быть соответственно смесью блоксополимеров стирола и диена и статистических сополимеров стирола и диена, например, блоксополимер стирола и бутадиена может быть смешан со статистическим сополимером стирола и бутадиена. В альтернативном варианте при использовании технологий, известных на предшествующем уровне техники, полимер может быть образован так, чтобы он содержал как сегменты или блоки полимеров стирола и диена (например, бутадиена), так и сегменты или блоки статистического сополимера стирола и диена (например, бутадиена).
В одном предпочтительном варианте осуществления эластомерный компонент в гуммиоснове является приблизительно 100 мас.% блоксополимером стирола и диена. Однако в альтернативном варианте эластомерный компонент может быть смесью блоксополимера стирола и диена и другого полимера, например статистического сополимера стирола и диена (например, бутадиена). В таких вариантах осуществления концентрация блоксополимера стирола и диена в эластомере может составлять приблизительно 25 мас.% и быть меньше 99 мас.%, быть в диапазоне от приблизительно 50 мас.% до менее приблизительно 99 мас.%, или предпочтительно от приблизительно 75 мас.% до менее 99 мас.%. Таким образом, концентрация другого полимера, например статистического сополимера стирола и диена, в эластомере, как правило, составляет между приблизительно 1 мас.% и приблизительно 75 мас.%, или приблизительно 1 мас.% и приблизительно 50 мас.%, или предпочтительно приблизительно 1 мас.% и приблизительно 25 мас.%.
Как правило, композиция эластомера будет контролироваться для оптимизации тепловых и/или физических свойств для требуемого конечного использования (например, свойств гуммиосновы и/или жевательной резинки). Однако, как правило, относительно тепловых, а также физических свойств эластомерного компонента гуммиосновы, соответствующей настоящему изобретению, следует отметить, что эти эластомеры могут иметь показатель текучести расплава (MFI) (определенный при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники) при температуре приблизительно 190°С, находящийся в диапазоне приблизительно 0,01 г/10 мин - приблизительно 40 г/10 мин, или даже приблизительно 0,1 г/10 мин - приблизительно 30 г/10 мин, или даже приблизительно 0,5 г/10 мин - приблизительно 20 г/10 мин. Эти или другие эластомеры, соответствующие настоящему изобретению, могут дополнительно иметь температуру размягчения (определенную при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники), которая находится в диапазоне приблизительно 95-105°С.
Эти или другие эластомеры, соответствующие настоящему изобретению, могут еще дополнительно иметь вязкость толуолового раствора (25 мас.%) (определенную при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники), которая находится в диапазоне приблизительно 0,5 Па·с - 25 Па·с, или приблизительно 0,6 Па·с - 10 Па·с, как определено при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники. Наконец, эти или другие эластомеры, соответствующие настоящему изобретению, могут иметь величину твердости по Шору А (определенную при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники), которая находится в диапазоне приблизительно 35-85 единиц, а предпочтительно приблизительно 60-70 единиц.
Независимо от композиции эластомера, используемой в гуммиоснове, соответствующей настоящему изобретению, следует отметить, уровень ее использования в гуммиоснове может зависеть от ряда факторов, включающих в себя, например, общую основную композицию и требуемые характеристики гуммиосновы и/или конечного продукта жевательной резинки. Помимо всего прочего гуммиоснова помимо эластомера может включать в себя один или более из следующих элементов: пластификаторы, наполнители, мягчители, воски, антиоксиданты, красители, вкусовые вещества, объемные наполнители, мягчители, сильные подслащивающие вещества и/или эмульгаторы, а также другие компоненты, которые обеспечивают требуемые характерные свойства.
Однако, как правило, количество эластомера (например, блоксополимера стирола и диена, или смеси блоксополимера стирола и диена и статистического сополимера стирола и диена), представленное в гуммиоснове, соответствующей настоящему изобретению, находится между приблизительно 1 мас.% и приблизительно 30 мас.%. Более адекватно, количество полимера в гуммиоснове, соответствующей настоящему изобретению, находится между приблизительно 2 мас.% и приблизительно 15 мас.%, или между приблизительно 4 мас.% и приблизительно 12 мас.%. Что касается дополнительных добавок или компонентов, то необходимо отметить, что определение, которые из них использовать, а также их количество может быть достигнуто при использовании средств, известных на предшествующем уровне техники.
Пластификаторы эластомеров могут быть использованы для изменения твердости гуммиосновы. Прочность пластикации полимера и их изменяющиеся температуры размягчения могут при использовании в гуммиоснове вызвать изменение степени твердости конечной жевательной резинки. Это может быть важным рассмотрением при желании использовать вкусовые вещества, которые отличаются по прочности пластикации гуммиосновы в конечной жевательной резинке. Эти эластомерные пластификаторы, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают в себя, но без ограничения указанными веществами, натуральные этерифицированные канифоли, например сложный эфир глицерина частично гидрогенизированной смолы, сложный эфир глицерина полимеризованной смолы, сложный эфир глицерина частично димеризованной смолы, сложный эфир живичной канифоли, сложный эфир глицерина смолы талового масла, сложный эфир глицерина древесной смолы, сложные эфиры пентаэритрита частично гидрогенизированной смолы, сложные эфиры частично гидрогенизированного метила смолы, сложные эфиры пентаэритрита смолы, синтетические эластомерные пластификаторы, например терпеновые смолы, полученные из альфа-пинена, бета-пинена, d-лимонена и/или дипентена и их смесей. Такие пластификаторы, как правило, представлены в гуммиоснове в концентрации от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 90 мас.%, или от приблизительно 20 мас.% до приблизительно 80 мас.%, основываясь на общей массе гуммиосновы.
Пластификаторы иногда называют размягчителями (но не спутывать с водорастворимыми мягчителями, используемыми в объемной части жевательной резинки). Как правило, они включают в себя жиры и масла, а также воски. Жиры и масла, как правило, являются растительными маслами, которые нормально частично или полностью гидрогенизированы для увеличения их температуры плавления. Растительные масла, пригодные для такого использования, включают в себя масла хлопка, соевых бобов, пальмы (включая пальмовые косточки), плодов кокосовой пальмы, масляного дерева, кастора, арахиса, кукурузы, рапса, канола, подсолнечника, какао и других растений. Менее часто используют животные жиры, например молочный жир, сало и свиное сало. Структурированные жиры, которые, по существу, являются синтетическими компаундированными сложными эфирами глицерина (триглицеридами) жирных кислот переменных длин цепей, предлагают способность тщательного регулирования характеристик размягчения, благодаря использованию жирных кислот коротких и средних цепей, которые менее часто встречаются в природе. Обычно используемые воски включают в себя парафин, микрокристаллический и натуральный воски, например пчелиный воск и карнаубский воск. Микрокристаллические воски, главным образом воски с высокой степенью кристалличности (упорядоченности структуры) могут считаться загустителями или модификаторами структуры. Пластификаторы, как правило, используют на уровне приблизительно 5-40 мас.% гуммиосновы.
Пластичные смолы, например поливинилацетат, который ведет себя подобно пластификаторам, также нашли обычное применение. Другие пластичные полимеры, которые могут быть использованы, включают в себя поливиниллаурат, поливиниловый спирт и поливинилпирролидон. Большинство гуммиоснов включает в себя поливинилацетат на уровне приблизительно 10-35 мас.% гуммиосновы.
Как правило, гуммиоснова также включает в себя компонент наполнителя. Компонент наполнителя, как правило, представляет собой неорганический порошок, например, карбоната кальция, карбоната магния, талька, дикальцийфосфата или подобный порошок. Наполнитель может составлять между приблизительно 5 мас.% и приблизительно 50 мас.% гуммиосновы. Иногда часть наполнителя может быть введена в смесь жевательной резинки отдельно от гуммиосновы.
Эмульгаторы, которые также могут иметь пластифицирующие свойства, содействуют гомогенизации различных базовых компонентов. Обычно используемые эмульгаторы включают в себя моно- и диглицериды, например моностеарат глицерина, лецитин и триацетат глицерина. Эмульгаторы, обычно, используют на уровне приблизительно 2-10 мас.% гуммиосновы.
Гуммиосновы, обычно, содержат факультативные добавки, например антиоксиданты и красители, которые служат их нормальным функциям. Вкусовые вещества и подслащивающие вещества не так часто могут быть введены в гуммиоснову. Эти добавки при их использовании, как правило, применяют на уровнях приблизительно 1 мас.% или менее гуммиосновы.
Нерастворимая гуммиоснова может составлять приблизительно 5-95 мас.% жевательной резинки. Как правило, нерастворимая гуммиоснова может составлять приблизительно 10-50 мас.% жевательной резинки или приблизительно 20-40 мас.% жевательной резинки. Настоящее изобретение предполагает использование любой адекватной гуммиосновы, выпускаемой на промышленной основе.
Гуммиоснова, соответствующая настоящему изобретению, может быть получена при использовании способов, известных на предшествующем уровне техники (например, с помощью способов периодического или непрерывного получения).
Например, гуммиосновы могут быть, как правило, получены путем введения количества эластомерного компонента, растворителя эластомера и наполнителя в сигма лопастной смеситель с отношением скоростей передней и задней сторон, как правило, составляющим 2:1. Исходное количество ингредиентов определяется работоспособностью смесительного реактора для достижения нужной консистенции. После того, как исходные ингредиенты превратились в гомогенную массу, последовательно вводят компенсацию растворителя эластомера, наполнителя, размягчителя и так далее до тех пор, пока не будет достигнута полностью гомогенная масса. Это может быть достигнуто, как правило, через один-три часа, в зависимости от рецептуры. Конечная температура массы может составлять, как правило, приблизительно 70-130°С, причем более типичной является температура, составляющая приблизительно 100-120°С. Законченную расплавленную массу выгружают из смесительного реактора в покрытые или облицованные поддоны, подвергают экструзии или льют в любую требуемую форму и дают остыть и затвердеть.
Для получения гуммиосновы могут быть использованы непрерывные технологические процессы с использованием экструдеров, которые, в общем, известны на предшествующем уровне техники. После того, как исходные ингредиенты превратились в гомогенную массу и были компаундированы в течение требуемого времени, последовательно вводят компенсации базовых ингредиентов до получения полностью гомогенной расплавленной массы. Как правило, какие-либо остатки эластомера и пластификатора эластомера вводят после исходного времени компаундирования. Факультативные воски и масла, как правило, вводят после введения эластомера и пластификатора эластомера. После этого массе дают стать гомогенной перед выгрузкой для экструзии.
Характерные примеры способов экструзии, которые могут быть факультативно использованы в соответствии с настоящим изобретением, приведены в следующих патентах, полное содержание которых включено в эту заявку в качестве ссылки: (ii) в патенте США №6238710, в котором заявлен способ непрерывного получения основы жевательной резинки, который предусматривает компаундирование всех ингредиентов в одном экструдере; (ii) в патенте США №6086925, в котором описано получение основы жевательной резинки путем введения твердого эластомера, наполнителя и замасливателя в непрерывный смеситель; (in) в патенте США №5419919, в котором описано непрерывное получение гуммиосновы при использовании лопастного смесителя путем селективной подачи разных ингредиентов в разных местах на смесителе; (iv) и в еще одном патенте США №5397580, в котором описан способ непрерывного получения гуммиосновы, в котором два смесителя непрерывного действия расположены последовательно, а смесь из первого смесителя непрерывного действия непрерывно вводится во второй смеситель непрерывного действия. В альтернативном непрерывном технологическом процессе ингредиенты вводят непрерывно в различных точках вдоль длины экструдера, причем в этом случае время прохождения через экструдер может быть существенно меньше одного часа.
II. ЖЕВАТЕЛЬНАЯ РЕЗИНКА
Жевательные резинки, соответствующие настоящему изобретению, в общем, содержат часть, которая по существу является не растворимой в воде, часть, которая по существу растворима в воде, и одно или более вкусовых веществ. Водорастворимая часть, как правило, содержит гуммиоснову, соответствующую настоящему изобретению, то есть она содержит пластификатор и блоксополимер стирола и диена или смесь блоксополимера стирола и диена и другого эластомера, например статистического сополимера стирола и диена. Водорастворимая часть рассеивается частью вкусового вещества в течение периода времени жевания, однако часть гуммиосновы удерживается во рту во время жевания.
Количество гуммиосновы, используемое в жевательной резинке, соответствующей настоящему изобретению, может зависеть от ряда факторов, включающих в себя, например, общую композицию жевательной резинки и требуемые характеристики конечного продукта. Как указано ранее, уровень гуммиосновы может составлять 5-95 мас.% жевательной резинки, причем, как правило, количество гуммиосновы в конечном продукте жевательной резинки составляет приблизительно 10-50 мас.%. Более типично, уровень гуммиосновы может составлять приблизительно 20-40 мас.%, причем предпочтительным является количество, составляющее приблизительно 15-20 мас.%.
Помимо водонерастворимой части гуммиосновы типовые композиции жевательной резинки включают в себя водорастворимую объемную часть. Водорастворимая часть жевательной резинки может дополнительно содержать мягчители, подслащивающие вещества, вкусовые вещества и их комбинации. Подслащивающие вещества часто играют роль объемных наполнителей в жевательной резинке.
А. Объемные наполнители
Основная часть водорастворимой части жевательной резинки будет содержать водорастворимый карбогидрат, который служит в качестве объемного наполнителя. В жевательных резинках, содержащих сахар, это чаще всего сахароза, хотя дополнительно или альтернативно могут быть использованы другие сахара, например фруктоза, эритроза, декстроза (глюкоза), левулоза, тагатоза, галактоза, сухая масса кукурузного сиропа и подобные вещества, одни или в любой комбинации. В общем, жевательные резинки, не содержащие сахар, будут использовать сахарные спирты (также называемые альдитами, полиолами и многоатомными спиртами) в качестве объемных наполнителей вследствие их достоинств низкой кариогенности, уменьшенной калорийности и уменьшенных гликемических значений. Такие сахарные спирты включают в себя сорбит, манит, ксилит, гидрогенизированную изомальтулозу, мальтит, эритрит, сухое вещество продуктов гидролиза гидрогенизированного крахмала и подобные вещества, одни или в любой комбинации. Сахариды более длинных цепей, например полидекстроза, фруктоолигосахариды, иногда используют вследствие их низкой калорийности и других, полезных для здоровья свойств. Объемные подслащивающие вещества включают в себя компоненты как содержащие сахар, так и не содержащие сахара. Как правило, объемные подслащивающие вещества составляют приблизительно 5-95 мас.% жевательной резинки, более типично - приблизительно 20-80 мас.%, и даже более типично - приблизительно 30-60 мас.% жевательной резинки.
В. Мягчители
Мягчители вводят в жевательную резинку для оптимизации разжевываемости и разжевывания жевательной резинки. Мягчители, также известные на предшествующем уровне техники, как пластификаторы, в общем, составляют приблизительно 0,5-15 мас.% жевательной резинки. Они включают в себя глицерин, пропиленгликоль и водные растворы подслащивающих веществ, содержащих, например, сорбит. Сиропы продуктов гидролиза гидрогенизированного крахмала или кукурузы или других продуктов гидролиза крахмала (иногда называемые глюкозными сиропами) и их комбинации являются особенно предпочтительными, так как они функционируют также как связующие вещества для улучшения гибкости и других физических свойств жевательной резинки.
С. Сильные подслащивающие вещества
Сильные подслащивающие вещества (которые иногда называют высокопотенциальными или искусственными подслащивающими веществами) могут быть определены как химические вещества, допустимые для использования в пищевых продуктах, которые, по меньшей мере, приблизительно в 20 раз слаще сахарозы. Обычно используемые сильные подслащивающие вещества включают в себя аспартам, сукралозу и ацесульфам-К. Менее обычными являются сахарин, тауматин, алитам, неотам, цикломат, подслащивающие вещества, которые являются производными от периллы, подслащивающие вещества, которые являются производными от стевии, монатин, монеллин и хальконы. Уровни использования сильных подслащивающих веществ может широко изменяться в зависимости от потенции подслащивающего вещества, локальных преференций рынка и природы и уровня других ингредиентов, которые могут придавать жевательной резинке горький вкус. Типовые уровни могут иметь диапазон, составляющий приблизительно 0,01-2 мас.%, хотя в некоторых случаях применения могут использоваться уровни вне указанного диапазона.
D. Вкусовые вещества
Вкусовые вещества используют для придания продуктам жевательной резинки восприятия характерного аромата. Большинство вкусовых веществ является водонерастворимыми жидкостями или твердыми веществами и могут по происхождению быть природными или искусственными (синтетическими). Часто комбинируют природные и искусственные вкусовые вещества. Обычным также является смешивание разных вкусовых веществ вместе в привлекательных комбинациях. Хотя диапазон вкусовых веществ, используемых в жевательных резинках, почти безграничен, их, обычно, делят на несколько широких категорий. Фруктовые вкусовые вещества включают в себя лимон, апельсин, лайм, грейпфрут, мандарин, клубнику, яблоко, вишню, малину, черную смородину, чернику, банан, ананас, мускусную дыню, сетчатую дыню, арбуз, виноград, смородина, манго, киви и многие другие фрукты, а также их комбинации. Мятные вкусовые вещества включают в себя кудрявую мяту, перечную мяту, винтегрин, базилик, полевую мяту, ментол и их смеси. Пряные вкусовые вещества включают в себя корицу, ваниль, гвоздику, шоколад, мускатный орех и многие другие. Обычно менее используемыми являются травяные и сатурейные вкусовые вещества, например воздушная кукуруза, «чилийский» стручковый перец, кукурузные чипсы и подобные. Типичный уровень вкусовых веществ может составлять приблизительно 0,1-10 мас.%. Более типично, уровни могут составлять приблизительно 0,5-3 мас.%, хотя в некоторых случаях применения уровень содержания вкусовых веществ может выходить за указанные пределы.
Е. Эмульгаторы
Эмульгаторы могут также быть использованы для модификации текстуры и побуждения гидрофильных и гидрофобных компонентов основы/жевательной резинки стать смешивающимися. Эмульгаторы, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают в себя, но без ограничения указанными веществами, гяицеролмоностеарат, глицеролтриацетат, лецитин, моно- или диглицериды, ацетилированные моно- или диглицериды и дистиллированные моно- или диглицериды.
F. Инкапсулирование
Для обеспечения более продолжительного восприятия сладкости и вкуса может оказаться желательным инкапсулирование или иной контроль высвобождения, по меньшей мере, части искусственного подслащивающего вещества. Такие технологии, как мокрое гранулирование, восковое гранулирование, распылительная сушка, распылительное охлаждение, нанесение покрытия в псевдоожиженном слое, коацервация и экструзия нити, могут быть использованы для достижения требуемых характеристик высвобождения (подслащивающего вещества).
Следует отметить, что жевательные резинки, соответствующие настоящему изобретению, могут предпочтительно иметь более низкую вязкость при высоких температурах (например, приблизительно при 80-130°С) по сравнению с жевательными резинками, полученными с основами, содержащими нетермопластичный или стандартный каучук; например, жевательные резинки, соответствующие настоящему изобретению, могут иметь вязкость при температуре 100°С менее приблизительно 5,0 Па·с. Такая уменьшенная вязкость делает эти жевательные резинки особенно пригодными для формованных/литых жевательных резинок или жевательных резинок, полученных любыми другими способами, которые требуют низкой вязкости. В настоящее время жевательные резинки, имеющие сравнимую вязкость, получают при использовании стандартных основ путем уменьшения концентрации эластомера в основе и/или увеличения количества пластификатора в основе. В обоих случаях результирующая жевательная резинка имеет отрицательные характеристики менее «каучукообразной», более «воскообразной» или «пластиковой» текстуры жевательной резинки.
III. Получение
Жевательные резинки, соответствующие настоящему изобретению, могут быть получены при использовании способов, известных на предшествующем уровне техники. Например, как описано в патенте США №6858237, жевательные резинки представленного изобретения могут быть получены непрерывным способом, предусматривающим (а) введение гуммиосновы в высокопроизводительный смеситель непрерывного действия; (b) введение, по меньшей мере, одного подслащивающего вещества и, по меньшей мере, одного вкусового вещества в смеситель непрерывного действия и перемешивание указанных подслащивающего вещества и вкусового вещества с остальными ингредиентами для образования продукта жевательной резинки; и (с) причем после того, как в смеситель вводится один из ингредиентов, он подвергается воздействию транспортного элемента на шнеке одного высокопроизводительного смесителя непрерывного действия.
Более типично жевательную резинку получают периодическим способом при использовании сигма лопастного смесителя для получения рецептур жевательной резинки. Этот способ получения жевательной резинки, соответствующий настоящему изобретению, заключается в последовательном введении различных ингредиентов жевательной резинки в любой смеситель, выпускаемый на промышленной основе, известный на предшествующем уровне техники. После тщательного перемешивания ингредиентов жевательную резинку выгружают из смесителя и формуют в требуемой форме, например, прокаткой в листы и нарезанием на батончики, экструзией в виде ломтей или литьем в виде таблеток.
В общем, ингредиенты смешивают путем первичного плавления гуммиосновы и введением ее в работающий смеситель. Основа может быть также расплавлена в самом смесителе. В это время могут быть также введены красители и эмульгаторы. Мягчители могут быть введены в смеситель в это время вместе с сиропом и частью объемного наполнителя. Вкусовое вещество, как правило, вводят с конечной частью объемного наполнителя. Другие факультативные ингредиенты вводят в партию стандартным способом, хорошо известным квалифицированным специалистам в этой области техники.
Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется на следующем примере. Этот пример не должен считаться ограничивающим объем настоящего изобретения или способ, с помощью которого он может быть практически реализован.
IV. Пример
А. Композиции гуммиосновы
Тестировали два разных выпускаемых на промышленной основе блоксополимеров стирола и диена: (i) Calprene 401: термопластичный блоксополимер бутадиена и стирола (80/20), полимеризованный в растворе и имеющий радиальную структуру; и (ii) Solprene S-4318: линейный блоксополимер стирола и бутадиена, имеющий 32% содержания стирола, причем большую его часть образует полистирольный блок, который придает полимеру термопластичность.
В приведенной ниже Таблице 1 приведены композиции пяти гуммиоснов, которые подвергались тестированию. Времена лабораторного перемешивания подвергали текущему контролю и сравнивали со временами перемешивания, требуемыми стандартами каучука. Некоторые из гуммиоснов подвергали анализу (Таблица 2) и получали композиции жевательных резинок с эффектом образования пузырей при жевании и жевали при использовании этих основ (Таблица 3).
ТАБЛИЦА 1
КОМПОЗИЦИИ ОСНОВЫ (мас.%)
Патент. основа 1
Патент. основа 2
Патент. основа 3
Сравнит. основа 1
Сравнит. основа 2
Calprene 401
8,50
6,00
SolpreneS-4318
8,50
Сополимер стирола и бутадиена 75:25
8,5
Сополимер стирола и бутадиена 50:50
8,5
Ester Gum (Glycerol Ester of Gum Rosin)
37,0
37,0
35,0
37,0
37,0
Смесь 1:1 парафинов с температурами плавления капли приблизит. 58°С и приблизит. 64°С
6,5
6,5
11,0
6,5
6,5
Эмульгатор (смесь моно-диглицерида (2,75%) и лецитина (0,18%))
2,93
2,93
2,93
2,93
2,93
Известковая мука
45,0
45,0
45,0
45,0
45,0
Антиоксидант (2,6-ди-трет-бутил-n-крезол)
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
Всего
100
100
100
100
100
ТАБЛИЦА 2
СВОЙСТВА ОСНОВЫ
Патент. основа 1
Патент. основа 2
Сравнит. основа 1
Сравнит. основа 2
Точка росы (т-ра размягчения) (°С)
62,3
63,9
67,7
66,0
Проникновение при т-ре 37°С (1/10 мм)
66
64
98
71
Модуль абс. сдвига |G| (Па) при т-ре 40°С (1)
6,0×10<sup>5</sup>
4,8×10<sup>5</sup>
3,0×10<sup>5</sup>
3,5×10<sup>5</sup>
Танг. угла диэл. потерь (дельта) (1) при т-ре 40°С
1,02
1,37
1,24
1,37
Модуль абс. сдвига |G| (Па) при т-ре 80°С (2)
3,0×10<sup>3</sup>
1,2×10<sup>3</sup>
2,0×10<sup>3</sup>
2,0×10<sup>3</sup>
Танг. угла диэл. потерь (дельта) (2) при т-ре 80°С
5,5-6,5
>9,0
2,2-2,3
2,4-2,6
(1) Измерительное устройство PHYSIKA Rheometer SM-KP с прибором Rheolab MC-120. Параллельная пластина МР30 (d=25 мм). Деформация (гамма) = 0,5%. Частота = 1 Гц.(2) Измерительное устройство PHYSIKA Rheometer SM-KP с прибором Rheolab MC-120. Параллельная пластина МР30 (d=25 мм). Деформация (гамма) = 20%. Частота = 0,8 Гц.
ТАБЛИЦА 3
КОМПОЗИЦИИ ЖЕВАТЕЛЬНОЙ РЕЗИНКИ (мас.%)
Патент. резинка 1
Патент. резинка 2
Патент. резинка 3
Сравнит. резинка 1
Сравнит. резинка 2
Патент. основа 1
18,0
Патент. основа 2
18,0
Патент. основа 3
18,0
Сравнит. основа 1
18,0
Сравнит. основа 2
18,0
Глюкозный сироп при т-ре 43°С Be
21
21
21
21
21
Жидкое вкус. вещ
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
Глицерин
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Всего
100
100
100
100
100
Смешивание каучука, смолы (то есть, Ester Gum) и наполнителя (то есть, известковой муки) в лабораторном смесителе осуществляли в течение 20 минут для патентоспособной основы 1 и 2 (температура перемешивания составляла приблизительно 120°С, тогда как оно занимало приблизительно 35 минут при использовании статистического сополимера стирола и бутадиена (сравнительная основа 1 и 2). Считая, что 15 минут дополнительного времени потребовалось во всех случаях для введения пластификаторов (то есть, парафинов) и эмульгаторов (то есть, моно- диглицеридов и лецитина), общее время перемешивания при использовании гуммиосновы, содержащей блоксополимеры стирола и диена, было уменьшено на 30% (общее время 35 минут вместо 50 минут). Однако в этом случае следует отметить, что тестируемый блоксополимер стирола и диена в этом случае был представлен в виде таблетки, тогда как стандартный статистический сополимер стирола и бутадиена был в кусках. Это может делать вклад в уменьшение времени смешивания; вклад, который не был количественно оценен в это время.
3
3
3
Физические свойства этих гуммиоснов приведены в Таблице 2. Результаты определения реологических свойств показывают, что основы с термопластичными блоксополимерами (патентоспособная основа 1 и патентоспособная основа 2) являются более твердыми при температуре 40°С, чем опорные основы (сравнительная основа 1 и сравнительная основа 2), тогда как модуль абсолютного сдвига |G| выше при этой температуре, но все четыре основы имеют подобный баланс пластичности-упругости (подобно значениям тангенса угла диэлектрических потерь). При температуре 80°С значения тангенса угла диэлектрических потерь обеих патентоспособных основ значительно выше значений опорных основ; это означает, что основы, содержащие термопластичные сополимеры, становятся более пластичными (или менее упругими), чем основы, содержащие стандартные статистические сополимеры, при увеличении температуры. В случае патентоспособной основы 2 ее модуль абсолютного сдвига |G| при температуре 80°С (1,2×10) ниже значений, полученных для сравнительной основы 1 (2,0×10) и сравнительной основы 2 (2,0×10), это означает, что патентоспособная основа 2 мягче при этой температуре.
Эти результаты показывают, что основы, содержащие термопластичные сополимеры, являются твердыми и каучукоподобными при температуре приблизительно 40°С (близкой к температуре во рту), и они становятся мягче и более пластичными при нагревании до температур, составляющих приблизительно 80°С, более чем основы, содержащие стандартные статистические сополимеры.
Эта способность патентоспособных основ становиться мягче и более пластичными при увеличении температуры сделают их особенно подходящими для получения жевательных резинок, которые отсаживают или формуют при высоких температурах.
В. Характеристики жевательной резинки
Патентоспособная жевательная резинка 1 имеет твердую и каучукообразную характеристику и к удивлению позволяли получать превосходные жевательные резинки с эффектом образования пузырей при жевании, которые больше по размеру, чем резинки, полученные со стандартной гуммиосновой (подобно сравнительной жевательной резинке 2). Патентоспособная жевательная резинка 2 также имеет твердую и каучукоподобную характеристику, но меньшую способность к образованию пузырей, чем патентоспособная жевательная резинка 1. Сравнительная жевательная резинка 1 имеет мягкую, пластичную характеристику разжевывания с плохой способностью к образованию пузырей. Сополимер стирола и бутадиена 75:25 фактически не используется одним в рецептурах жевательных резинок с эффектом образования пузырей при жевании, а смешанным с сополимером стирола и бутадиена 50:50. Сравнительная жевательная резинка 2 имеет среднюю твердость жевания со сбалансированной характеристикой каучукоподобия и хороших пузырей. Сравнительная жевательная резинка 2 может считаться типичной композицией жевательной резинки с эффектом образования пузырей при жевании.
Так как характеристики разжевывания патентоспособной основы 1 и патентоспособной основы 2 были очень каучукоподобными, была получена композиция новой основы (патентоспособной основы 3), с уменьшенным процентным содержанием гермопластичного каучука и смолы (glycerol ester of gum rosin) и повышенным содержанием пластификатора (парафина). Патентоспособная жевательная резинка 3 имеет текстуру, которая была очень близка к текстуре типичных жевательных резинок с эффектом образования пузырей при жевании (сравнительной жевательной резинки 2), со способностью давать более чем средние пузыри при жевании.
Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и может быть модифицировано различным способами. Вышеприведенное описание предпочтительных вариантов осуществления, включая Пример, предназначено только для информирования о настоящем изобретении других квалифицированных специалистов в этой области техники, о его принципах и его практическом применении так, чтобы другие квалифицированные специалисты в этой области техники могли адаптировать и использовать настоящее изобретение в его многочисленных формах, как может лучше всего быть пригодным для требований практического применения.
Что касается использования слов, содержащихся во всем описании (включая формулу изобретения, приведенную ниже), то если иначе не требует контекст, эти слова используются на основе ясного понимания, что они должны интерпретироваться включительно, а не исключительно, и заявители предполагают, что каждое из этих слов должно интерпретироваться в толковании всего этого описания.