УПАКОВОЧНЫЙ СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1999 года по МПК B65D65/40 B65D5/40 B32B9/02 B32B9/06 

Изобретение относится к упаковочному слоистому материалу (ламинату), содержащему сердцевинный слой и пленку или покрытие, обладающее хорошими герметизирующими свойствами и низкой проницаемостью для водяных паров, наносимую с одной или двух сторон сердцевинного слоя.

Настоящее время, упаковочные контейнеры одноразового употребления часто используют для упаковки и транспортировки жидких продуктов, таких как молоко. Материал, из которого обычно изготовляются, так называемые, пакеты одноразового употребления обычно состоит из множества наложенных друг на друга слоев или различных материалов, которые в сочетании придают пакету желаемые механические и химические свойства.

Хорошо известен упаковочный слоистый материал, который длительное время используется при изготовлении пакетов указанного типа и состоит из одного или нескольких внутренних слоев волокнистого материала, придающего пакету необходимую механическую прочность и стабильности формы, и внешних слоев из пластического материала, придающих пакету необходимые герметизирующие свойства в отношении жидкостей, которые могли бы в противоположном случае легко проникать в слои волокнистого материала упаковочного материала и, тем самым, снижать механическую прочность и связывающие свойства пакета. Предпочтительно, внешний пластиковый слой упаковочного материала состоит из термопластика, в идеальном случае, из полиэтилена, который непроницаем для жидкости и пара, и который, кроме того, делает упаковочный материал слоистого типа пригодным для горячего запечатывания или сваривания таким образом, что противолежащие пластиковые слои упаковочного слоистого материала могут легко соединяться друг с другом путем оплавления поверхности для создания механически прочных, непроницаемых для жидкости соединений или швов в процессе производства упаковки (см., например, патент СССР 1296003, кл. В 65 D 5/40, 1987). Таким образом, из рулона вышеописанного упаковочного слоистого материала получают формоустойчивые, непроницаемые для жидкости пакеты одноразового употребления, используя современное высокопроизводительное упаковочное оборудование, с помощью которого рулон материала преобразуется в трубу, в которой два продольных края рулонного материала перекрывают друг друга и сплавляются друг с другом, образуя продольное соединение внахлестку или шов. Труба заполняется желаемым содержимым и затем делится на замкнутые подушкообразные пакеты путем повторяемых с определенной периодичностью запаек трубы в направлении поперек продольной оси трубы ниже уровня содержимого в трубе. Пакеты отделяются друг от друга в местах поперечных запаек путем разрезания и им придают желаемую геометрическую, обычно параллелепипедальную конечную форму путем заполнения последующих операций формования и герметизации.

Даже если упаковочный слоистый материал вышеупомянутого типа с внешними слоями из термопластика в какой-либо степени функционирует удовлетворительно, тем не менее, он имеет ряд серьезных недостатков. Термопластики, например, полиэтилен, получают из нефти, которая является невозобновляемым природным ресурсом и, следовательно, в перспективе есть опасность его истощения, в то же самое время трудно (и во многих случаях невозможно) рециклировать термопластик использованной упаковки. Кроме того, термопластики относятся к пластмассам, которые трудно поддаются биологическому разрушению и для того, чтобы противодействовать росту много обсуждаемой "горы отходов", часто приходится сжигать использованный упаковочный материал со всеми вытекающими отрицательными последствиями, связанными с загрязнением окружающей среды.

Поэтому, одной целью изобретения является разработка упаковочного слоистого материала вышеупомянутого типа с устранением проблем и недостатков, которые свойственны известным техническим решениям.

Эта цель достигается в предлагаемом слоистом материале, определенном в п. 1 прилагаемой формулы изобретения.

Согласно изобретению неожиданно оказалось возможным получать и использовать для целей упаковки пленки или покрытия из полисахаридного соединения, которое без какого-либо определенного научного обоснования, предполагается является химическим продуктом или химическим комплексом, состоящим из первого водорастворимого полисахирида катионного типа и второго водорастворимого полисахарида анионного типа, которые химическим путем или другим видом связи объединяются друг с другом для образования водонерастворимого полисахаридного соединения. Также неожиданно оказалась, что такая пленка или покрытие обладает превосходными герметизирующими свойствами в отношении жидкости и влаги, в частности, низкой проницаемостью для водяных паров, в то же самое время, как пленка или покрытие, соответственно, обладает превосходными свойствами в отношении горячей закупорки, и поэтому легко подвергается горячей закупорке, используя обычную технологию для этой цели.

В частности, преимуществом является то, что и первый, и второй сахариды имеются в природе и легко экстрагируются из источников биологического сырья, которые являются возобновляемыми и, следовательно, нет опасности их истощения.

В одном предпочтительном воплощении настоящего изобретения первый водорастворимый полисахарид состоит из хитозана, имеющегося в избытке и легко экстрагируемого из панцирей морских ракообразных, например крабов. В природной среде хитозан является электрически нейтральным, но известным способом (способом деацетилирования) в щелочной среде ему могут придать поликатионный характер. Эта технология основана на замещении связанных с кольцом ацетильных групп амино-группами (-NH+3

), которые, предположительно, являются теми активными группами, к которым присоединяется второй водорастворимый полисахарид при получении предлагаемого водонерастворимого полисахаридного соединения. Степень деацетилирования, то есть пропорция замещенных ацетильных групп от общего числа ацетильных групп, таким образом активированного хитозанового полисахарида может изменяться в широких пределах, но должна быть не ниже 10% для получения достаточного количества активных групп для проведения реакции со вторым полисахаридом.

Второй водорастворимый полисахарид согласно настоящему изобретению выбирается из группы, включающей агар-агар, альгинат, пектин, каррагенан, крахмал, модифицированный крахмал, целлюлозу и их производные. Предпочтение отдается агар-агар.

Другие полезные воплощения предлагаемого упаковочного слоистого материала определены в прилагаемых зависимых пунктах 2-8 формулы изобретения.

Другой целью изобретения является разработка способа производства предлагаемого упаковочного ламината.

Эта цель достигается способом, определенным в независимых пунктах 6 и 9 формулы изобретения.

Другие целесообразные и полезные модификации предлагаемого способа определены в прилагаемых зависимых пунктах 8-9 и 10-13, соответственно, формулы изобретения.

Ниже изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 - поперечное сечение одного предпочтительного варианта упаковочного ламината по изобретению;
фиг.2 - схема заявленного способа производства упаковочного ламината и
фиг. 3 - схема альтернативного способа производства упаковочного ламината.

Упаковочный ламинат, показанный на фиг.1, обозначен позицией 1. Упаковочный ламинат 1 содержит жесткий, но поддающийся сгибанию сердцевинный слой 2 бумаги или картона, который на одной стороне имеет внешнюю пленку или покрытие 3 из водонерастворимого полисахаридного соединения, соединенное с сердцевинным слоем 2. В показанном воплощении внешняя полисахаридная пленка или покрытие 3 находится против той стороны сердцевинного слоя 2, которая предназначена быть обращенной внутрь упаковочного контейнера, получаемого из упаковочного ламината 1, для непосредственного контакта с содержимым упаковочного контейнера. Как показано на фиг.1, упаковочный ламинат предпочтительно также имеет внешнюю пленку или покрытие 4 из полисахаридного соединения на другой стороне сердцевинного слоя 2, который, таким образом, предназначен для нахождения снаружи упаковочного контейнера. Так как обе пленки или покрытие 3 и 4 состоят из водонерастворимого полисахаридного соединения с превосходными герметизирующими свойствами в отношении как воды, так и водяного пара, одна внешняя пленка или покрытие 3 обеспечивает для внутреннего сердцевинного слоя 2 упаковочного слоистого материала 1 хорошую защиту от проникновения жидкости и другой влаги из содержимого контейнера, в то же время, как вторая внешняя пленка или покрытие 4 эффективно защищает сердцевинный слой 2 от внешней влаги, которая может быть снаружи упаковочного контейнера.

Как было упомянуто выше полисахаридное соединение во внешних пленках или покрытиях 3 и 4 состоит, с одной стороны, из первого водорастворимого полисахарида (А) и, с другой стороны, из второго водорастворимого полисахарида (В), которые вместе за счет химической или другой связи между активными катионными группами в первом полисахариде и активными анионными группами во втором полисахариде формируют водонерастворимое, непроницаемое для жидкости и водяного пара, пригодное для горячей закупорки полисахаридное соединение.

Первый водорастворимый полисахарид (А), предпочтительно, состоит из хитозана, который является полисахаридом, экстрагируемым из, например, крабов и аналогичных морских ракообразных и, которому посредством известной технологии деацетилирования придают поликатионный характер в том смысле, что некоторые или все ацетильные группы в хитозановом полисахариде замещаются в кольце аммиачными группами. Степень деацетилирования хитозанового полисахарида может изменяться в широких пределах, но должна быть не ниже 10% для получения достаточного количества активных катионных групп для проведении реакции, соответственно, с активными анионными группами второго полисахарида (В).

Второй водорастворимый полисахарид (В) может выбираться из группы, включающей агар-агар, альгинат, пектин, каррагинан, крахмал, модифицированный крахмал, целлюлозу и их производные. Предпочтительно использование агар-агара. Агар-агар (который может легко экстрагироваться, например, из морских водорослей) имеется в продаже и показывает анионные группы, пригодные для присоединения к катионным группам хитозанового полисахарида, в виде сульфогрупп (SO-3

).
Таким образом, в предпочтительном воплощении настоящего изобретения полисахаридное соединение, из которого состоят обе внешние пленки или покрытия 3 и 4 упаковочного слоистого материала представляет собой водонерастворимое полисахаридное соединение из хитозана и агар-агара, в котором вышеупомянутые катионные группы в хитозановом полисахариде или другим путем присоединяются к вышеупомянутом анионовым группам в агаровом полисахариде.

Толщина внешних полисахаридных пленок или покрытий 3 и 4 упаковочного ламината 1 может быть различной, но предпочтительно, должна находиться в пределах 5-15 мкм, которая приведет упаковочному слоистому материалу 10 необходимые герметизирующие свойства и способность к горячей закупорке (сплавлению). Толщины в вышеуказанном диапазоне соответствуют поверхностному весу в пределах 5-15 г/м².

Согласно изобретению упаковочный ламинат 1, показанный на фиг.1, может изготовляться или способом нанесения покрытия, схематично показанным на фиг. 2, или способом ламинации (наслаивания), который схематично проиллюстрирован на фиг.3.

Как показано на фиг. 2, упаковочный слоистый материал получают таким образом, что сначала приготовляют водный раствор первого водорастворимого полисахарида (А) и второго водорастворимого полисахарида (В) и затем вместе 5-водный раствор наносится на одну или обе стороны непрерывно движущегося с рулона полотна 6 бумаги или картона, который окончательно сушится в месте 7 для удаления воды и получения водонерастворимых полисахаридных покрытий 8 и 9, соответственно.

В одном конкретном воплощении изобретения, использующем хитозан в качестве первого полисахарида (А) и агар-агар в качестве второго полисахарида (В), технологический процесс может быть следующим: 4 вес.% хитозана растворяются в холодной подкисленной воде (рН<6,5) для получения первого водного раствора и 4 вес.% агар-агара растворяют или образуют водяную взвесь в холодной воде и кипятят для образования второго водного раствора. Два приготовленных водных раствора смешивают друг с другом в таком соотношении, что полученный водный раствор содержит хитозан в пределах 1-80 вес.% и смесь нагревают до 60-70^oC. Таким образом, подогретый водный раствор смеси наносят в жидком виде на одну или обе стороны материала, сходящего с рулона, в виде непрерывного поверхностного слоя в таком количестве, что нанесенный слой после удаления имеет толщину в пределах 5-15 мкм (соответствующей поверхностному весу в пределах 5-15 г/м²).

Как показано на фиг.3, предлагаемый упаковочный ламинат получают путем наслаивания рулонного материала 10 бумаги или картона двумя предварительно изготовленными пленками 11 и 12 из водонерастворимого полисахаридного соединения, которое, предпочтительно, состоит из химического соединения или химического комплекса, содержащего хитозан и агар-агар. К полотну рулонного материала 10 присоединяют две предварительно изготовленные пленки с одновременной подачей в места соединения рулонного материала с каждой из соответствующих пленок горячей воды 13, тем самым полисахаридная пленка активируется и прочно присоединяется под давлением к рулонному материалу. Предварительно изготовленные полисахаридные пленки в данном примере имеют толщину в пределах 5-15 мкм (соответствующую поверхностному весу в пределах 5-15 г/м²).

Как очевидно из вышеприведенного описания простым способом с использованием простых средств изготовляется упаковочный слоистый материал вышеупомянутого типа, обладающий превосходным герметизирующими свойствами и способностью к горячей закупорке, лишенного проблем и недостатков, свойственных известных техническим решениям в данной области.

Предлагаемый упаковочный слоистый материал является полезным с точки зрения охраны окружающей среды и ценным материалом, так как он практически состоит только из природных материалов и, таким образом, не вносят в природу посторонних веществ, загрязняющих окружающую среду.

Даже хотя настоящее изобретение было описано и объяснено со ссылкой на конкретные воплощения и выбор конкретных исходных материалов и размеров, для специалистов должно быть очевидно, что возможны модификации в пределах объема изобретения. Таким образом, такие модификации не выходят за пределы сущности и объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения. Например, в пределах сущности и объема настоящего изобретения можно дополнять описанный упаковочный слоистый материал одним или несколькими дополнительными слоями материала такого же или другого типа, чем те, которые были упомянуты и описаны выше.

Упаковочный слоистый материал (ламинат) содержит жесткий, но поддающийся сгибанию слой бумаги или картона, по крайней мере на одной стороне которого имеется внешняя пленка или покрытие из водонерастворимого полисахаридного соединения. Оно придает материалу герметизирующие свойства в отношении жидкости и водяного пара и хорошие свойства в отношении горячей закупорки. Предпочтительно на другой стороне сердцевинного слоя также имеется внешняя пленка или покрытие из указанного полисахаридного соединения. Это соединение включает первый водорастворимый полисахарид полианионного характера и второй водорастворимый полисахарид поликатодного характера. Полисахариды соединяются химическим путем или другим образом друг с другом для получения водонерастворимого полисахаридного соединения. Одно предпочтительное такое полисахаридное соединение может, например состоять из химического соединения или химического комплекса из хитозана и агар-агара. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Упаковочный слоистый материал, содержащий сердцевинный слой и пленку или покрытие, обладающее хорошими герметизирующими свойствами и низкой проницаемостью для водяных паров, присоединяемую к одной или обеим сторонам сердцевинного слоя, отличающийся тем, что пленка или покрытие соответственно состоит из полисахаридного соединения, включающего первый водорастворимый полисахарид (А) и второй водорастворимый полисахарид (В), но которое само является нерастворимым в воде. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что первый полисахарид (А) состоит из по крайней мере частично подвергнутого деацетилированию хитозана. 3. Материал по п.2, отличающийся тем, что хитозан имеет степень деацетилирования, составляющую по крайней мере 10%. 4. Материал по любому одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что второй полисахарид (В) выбран из группы, включающей агар-агар, альгинат, пектин, каррагинан, крахмал, целлюлозу и их производные. 5. Материал по любому одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что пленка или покрытие соответственно имеют толщину в пределах 5-15 мкм, соответствующую поверхностному весу в пределах 5 - 15 г/м². 6. Материал по любому одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сердцевинный слой состоит из бумаги или картона.