СПОСОБ ЛЕГКОГО ОТКРЫТИЯ КРЫШКИ, ТЕРМОУПЛОТНЕННОЙ НА ТОНКОМ КРАЕ СОСУДА, И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СОСУД Российский патент 2015 года по МПК B65D77/20 

Настоящее изобретение относится к стеклянной таре (баночка, пузырек с широким отверстием, бутылка, графин, …), имеющей тонкий край, образующий поверхность любой геометрии (кольцевую, овальную, почти прямоугольную или другую), на который термоуплотняется металлическая крышка, обеспечивающая герметичное закрытие.

Тонкий край сосуда исходно покрыт слоем первичного термоуплотняемого материала, в то время как крышка содержит слой термопластичной смолы, который обеспечивает термоуплотнение при приложении достаточной температуры и давления.

Проблемы, с которыми пользователь этой техники сталкивается, нескольких категорий.

Разумеется, крайне важно гарантировать герметичное долговременное закрытие в условиях использования упакованного продукта, которые могут включать в себя изменения температуры, даже биологические превращения, типа ферментации. Сохранность продукта с учетом условий, указанных на этот предмет, также должна быть гарантирована.

Наибольшая проблема, которую ставит эта техника, заключается в усилии, часто слишком значительном, которое необходимо приложить, чтобы открыть тару путем отделения крышки. Это слишком значительное усилие может сделать операцию трудной для маленьких детей или относительно слабых людей. Кроме того, эта трудность открывания часто приводит к разрыву крышки на несколько кусков, в результате чего остатки термопластичной смолы крышки остаются сцепленными с поверхностью термоуплотнения.

Можно было бы думать о применении сложных многослойных полимерных крышек, включающих в себя слой с когезионным отрывом, но поверхность термоуплотнения открытой тары равным образом содержит прилипшие остатки первоначальной термопластичной смолы крышки.

Таким образом, авторы изобретения имели в качестве цели изобретения решение этих проблем.

Они достигли этой цели в результате изобретения, объектом которого является способ открытия крышки, содержащей металлическую фольгу и слой термопластичной смолы, посредством которого крышку термоуплотняют на тонком крае баночки или эквивалентного стеклянного сосуда, причем тонкий край сосуда предварительно покрывают первичным термоуплотняемым материалом, при этом термоуплотняющая крышка обеспечивает герметичное закрытие баночки или эквивалентного стеклянного сосуда; этот способ отличается тем, что усилия начального и конечного отрывов составляют, самое большее, 30 Н, при отделении крышки при 90°С со скоростью 300 мм/мин.

Таким образом, открытие упаковки само по себе является легким, даже для относительно слабых людей, и при этом избегают разрыва крышки на несколько кусков во время ее отделения. Это легкое открытие теперь получают, все еще удовлетворяя требованиям долговременной герметичности, необходимым для всех содержащихся продуктов, в частности пищевых продуктов.

Согласно предпочтительным характеристикам способа согласно изобретению:

- усилия первоначального и конечного отрывов составляют, самое большее, 28, предпочтительно, 25 Н;

- открытие крышки не оставляет никаких остатков слоя термопластичной смолы на тонком крае стеклянного сосуда.

Равным образом, объектом изобретения является баночка или эквивалентный сосуд (бутылка, пузырек, графин …) из стекла, подходящий для применения способа, описанного выше, отличающийся тем, что покрытие из первичного термоуплотняемого материала содержит органический и/или неорганический материал, в который введены минеральные и/или органические наполнители.

В особенно интересном варианте осуществления, указанный органический материал представляет собой продукт сушки водной дисперсии сополимера этилена и акриловой кислоты, кислотные карбоксильные функциональные группы которого частично или полностью нейтрализованы. В первичном термоуплотняемом материале этот органический материал может быть один или может быть ассоциирован, по меньшей мере, с одним другим органическим и/или минеральным материалом - сверх наполнителей. Этот сополимер является твердым и стабильным в его суспензии при комнатной температуре; его изготовление из водного раствора является преимущественным.

Кроме того, баночка, покрытая первичным термоуплотняющимся покрытием, полученным таким образом, может быть поставлена ее потребителю-заполнителю без задержки, что устраняет необходимость хранения более или менее значительных объемов баночек перед их поставкой.

Первичный термоуплотняемый материал может содержать минеральные или органические наполнители одинаковой или разной химической природы, только минеральные или органические наполнители, или в сочетании те и другие.

Предпочтительно, указанные минеральные наполнители вводят в дисперсии первичного термоуплотняемого материала в форме агрегатов или порошка, состоящего из твердых частиц с размером, находящимся в интервале от 1 нм до 20 мкм, предпочтительно, от 150 нм до 10 мкм, одного или нескольких материалов, выбранных среди глин, каолина, слюды, талька, оксидов кремния, карбонатов или сульфатов щелочноземельных металлов, оксидов металлов.

Когда применяют органические наполнители, они, преимущественно, имеют химическую природу, отличную от химической природы первичного термоуплотняемого материала (то есть материала, образующего его, за исключением наполнителей), а также термопластичной смолы крышки, имеют температуру плавления, выше температуры плавления этих двух компонентов, и состоят из частиц с размером, находящимся в интервале от 1 нм до 20 мкм, предпочтительно, от 150 нм до 10 мкм. Указанные органические наполнители содержат, предпочтительно, один или несколько полимеров, соединенных в форме сополимера, привитого полимера, сплава или структуры ядро-оболочка, выбранных среди полиэтилена высокого давления (ПЭВД) (PEHD), полипропилена (ПП) (РР), полистирола (ПС) (PS), полиамида (ПА) (РА), сложного полиэфира, поливинилиденфторида (ПВДФ) (PVDF), политетрафторэтилена (ПТФЭ) (PTFE), полиэтиленгликоля (ПЭГ) (PEG), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиметилметакрилата (ПММА) (РММА), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) (РЕЕК).

Толщина сухого покрытия из первичного термоуплотняемого материала на тонком крае стеклянного сосуда составляет, преимущественно:

- по меньшей мере, 0,2, предпочтительно, 0,9 и, особенно предпочтительно, 1,5 мкм;

- не более 4, предпочтительно, 3 и, особенно предпочтительно, 2 мкм.

Другой объект изобретения заключается в применении способа, или баночки, или эквивалентного сосуда из стекла, описанных выше, для упаковки продовольственных пищевых продуктов, таких как молочные продукты или на основе фруктов, мяса (паштета …).

Изобретение позволяет гарантировать сохранность содержимого, соблюдая условия, в частности температурные, предписанные для этой цели, и герметичность упаковки в таких условиях хранения содержимого.

Изобретение теперь иллюстрируется следующими примерами.

ПРИМЕР 1 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ

Использовали:

- стандартную стеклянную баночку, типа баночки для йогурта, имеющую наружный диаметр обода 54,4 мм и ширину тонкого края 4,2 мм, и

- крышку, состоящую из алюминиевой фольги толщиной 47 мкм и из слоя термопластичной смолы, нанесенного из расчета 30 г/м², поставляемую в продажу фирмой Alcan Packaging под маркой Aluthène® 50II E 114/2.

На тонкий край баночки валиком наносили покрытие из первичного термоуплотняемого материала. Любой другой способ - контактный, такой как макание, при помощи кисти, тампона, или бесконтактный, такой как разбрызгивание, распыление, тоже может быть использован.

Первичный термоуплотняемый материал являлся органическим и представлял собой водную дисперсию линейного случайного сополимера этилена и акриловой кислоты со среднемассовой молекулярной массой M_w около 33000 г/моль, выраженной в полистирольном эквиваленте. Сополимер содержал 9,1% масс. звеньев акриловой кислоты, 90,9% этиленовых звеньев. Функциональные группы карбоновой кислоты иономера поли(этилен-карбоновая кислота) были нейтрализованы на 100% гидроксидом аммония. Величину рН суспензии регулировали в диапазоне от 8,5 до 9. Согласно использовавшемуся способу нанесения, сухой экстракт применяемого первичного термоуплотняемого материала изменялся от 0,2 до 10% масс.; здесь он составлял 9,5% масс.

Этот материал имел широкий пик плавления между 70 и 95°С (Дифференциальная сканирующая калориметрия - ДСК (DSC)- 15°С). Инфракрасный спектр сухого экстракта этого материала имеет отношение пиков С-Н (3020-2736 см^-1) к С=О (1772-1633 см^-1), равное 3,2.

Поверхность термоуплотнения стеклянной баночки при помощи валика покрывали равномерным слоем первичного материала со средней толщиной в сухом состоянии 1,8 мкм.

Термоуплотнение осуществляли согласно стандартным регулировкам, применяемым в промышленных условиях, при помощи термоуплотняющей машины с гибкой головкой, создающей усилие около 1560 Н. Головку нагревали до 250°С, так что температура границы раздела баночка/крышка достигала 149-155°С при продолжительности применения давления горячей головкой 1,5 с.

Система, соединенная таким образом, была герметичной.

Усилия отделения измеряли при отделении при 90°С со скоростью 300 мм/мин. Известный типичный профиль отделения для системы этого типа может быть описан тремя силами: сила начального отрыва (НО) (AI), сила течения (СТ) (FE) и сила конечного отрыва (КО) (AF).

Величины, указанные ниже, представляют собой, так же, как в следующих примерах, средние величины для шести баночек:

НО=39 Н

СТ=26,2 Н

КО=50,6 Н

Среднее значение для НО и КО было равно 44,8 Н. Таким образом, отделение крышки было относительно трудным.

ПРИМЕР 2

Воспроизводили пример 1 с той разницей, что смешивали первичный термоуплотняемый материал с суспензией клуазита Na⁺, предварительно диспергированного в дефлокуляторе в деионизованной воде при скорости в интервале от 500 до 1000 об./мин в течение 10 минут. Сухие экстракты в полученной смеси составляли 9,5% масс. первичного материала и 0,6% масс. клуазита Na⁺.

Наносили валиком равномерный слой со средней толщиной в сухом состоянии 1,8 мкм.

Измеряли:

НО=20,6 Н

СТ=10,5 Н

КО=17,2 Н

Среднее значение для НО и КО было равно 18,9 Н, что соответствовало относительно легкому отделению крышки, добавление клуазита Na⁺ позволяло уменьшить более чем на 50% силу, требуемую на этот случай (сравнить с величиной сравнительного примера 1).

Крышка не разрывалась при отделении, после которого на тонком крае баночки не наблюдали никакого остатка термопластичной смолы, первоначально находившейся на крышке. Таким образом, открытие упаковки может быть квалифицировано как чистое.

ПРИМЕР 3

Воспроизводили пример 1 с той разницей, что смешивали первичный термоуплотняемый материал при перемешивании на магнитной мешалке с водной суспензией с рН 8,5 политетрафторэтилена (ПТФЭ) (PTFE), частицы которого имели средний размер 150 нм, содержащей поверхностно-активное вещество, которое не взаимодействовало с адгезией на стекле. Сухие экстракты в полученной смеси составляли 9,5% масс. первичного материала и 4,5% масс. ПТФЭ.

Наносили валиком равномерное покрытие со средней толщиной в сухом состоянии, идентичной толщине покрытия в предыдущих примерах.

Измеряли:

НО=26 Н

СТ=9,1 Н

КО=24,6 Н

Среднее значение для НО и КО было равно 25,3 Н, что соответствовало относительно легкому отделению крышки, добавление ПТФЭ позволяло уменьшить более чем на 40% силу, требуемую на этот случай.

Справедливы те же самые ремарки, что в примере 2.

ПРИМЕР 4

Воспроизводили пример 1 с той разницей, что смешивали первичный термоуплотняемый материал при перемешивании на магнитной мешалке с суспензиями клуазита Na⁺ и ПТФЭ по примерам 2 и 3. Сухие экстракты в полученной смеси составляли 9,5% масс. первичного материала, 0,38% масс. клуазита Na⁺ и 3% масс. ПТФЭ.

Состав наносили тем же самым способом и той же самой толщины, что и в предыдущих примерах.

Измеряли:

НО=13,5 Н

СТ=4,7 Н

КО=16 Н

Среднее значение для НО и КО было равно 14,8 Н, что соответствовало очень легкому отделению крышки, совместное добавление клуазита Na⁺ и ПТФЭ позволяло уменьшить более чем на 65% силу, требуемую на этот случай.

Справедливы те же самые ремарки, что в примере 2.

Объектом изобретения является: - способ открытия крышки, содержащей металлическую фольгу и слой термопластичной смолы, посредством которого крышку термоуплотняют на тонком крае баночки или эквивалентного стеклянного сосуда, причем тонкий край сосуда предварительно покрывают первичным термоуплотняемым материалом, при этом термоуплотняющая крышка обеспечивает герметичное закрытие баночки или эквивалентного стеклянного сосуда, отличающийся тем, что усилия начального и конечного отрыва составляют, самое большее, 30 Н, во время отделения крышки на 90°С со скоростью 300 мм/мин; - баночка или эквивалентный стеклянный сосуд, подходящий для применения этого способа, отличающийся тем, что покрытие из первичного термоуплотняемого материала содержит органический и/или неорганический материал, в который введены минеральные и/или органические наполнители; и - применение этого способа, или этой баночки, или эквивалентного стеклянного сосуда для упаковки продовольственных пищевых продуктов. 3 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Способ открытия крышки, содержащей металлическую фольгу и слой термопластичной смолы, посредством которого крышку термоуплотняют на тонком крае баночки или эквивалентного стеклянного сосуда, причем тонкий край сосуда предварительно покрывают первичным термоуплотняемым материалом, содержащим органический и/или неорганический материал, в который введены минеральные и/или органические наполнители, при этом термоуплотняющая крышка обеспечивает герметичное закрытие баночки или эквивалентного стеклянного сосуда, отличающийся тем, что усилия начального и конечного отрыва составляют, самое большее, 30 Н, при отделении крышки при 90°C со скоростью 300 мм/мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усилия начального и конечного отрыва составляют, самое большее, 28 Н, предпочтительно, 25 Н.

3. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что открытие крышки не оставляет никакого остатка указанного слоя термопластичной смолы на тонком крае сосуда.

4. Баночка или эквивалентный стеклянный сосуд, подходящий для применения способа по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что покрытие из первичного термоуплотняемого материала содержит органический и/или неорганический материал, в который введены минеральные и/или органические наполнители.

5. Баночка или эквивалентный стеклянный сосуд по п. 4, отличающийся тем, что указанный органический материал представляет собой продукт сушки водной дисперсии сополимера этилена и акриловой кислоты, карбоксильные функциональные группы которого частично или полностью нейтрализованы.

6. Баночка или эквивалентный стеклянный сосуд по одному из пп. 4 или 5, отличающийся тем, что указанные минеральные наполнители вводятся в дисперсии первичного термоуплотняемого материала в форме агрегатов или порошка, состоящего из твердых частиц с размером, находящимся в интервале от 1 нм до 20 мкм, предпочтительно, от 150 нм до 10 мкм, одного или нескольких материалов, выбранных среди глин, каолина, слюды, талька, оксидов кремния, карбонатов или сульфатов щелочноземельных металлов, оксидов металлов.

7. Баночка или эквивалентный стеклянный сосуд по п. 4, отличающийся тем, что указанные органические наполнители имеют химическую природу, отличную от химической природы первичного термоуплотняемого материала, а также от термопластичной смолы крышки, при этом имеют температуру плавления, выше температуры плавления этих двух компонентов, и состоят из частиц с размером, находящимся в интервале от 1 нм до 20 мкм, предпочтительно, от 150 нм до 10 мкм.

8. Баночка или эквивалентный стеклянный сосуд по п. 7, отличающийся тем, что указанные органические наполнители содержат один или несколько полимеров, соединенных в форме сополимера, привитого полимера, сплава или структуры ядро-оболочка, выбранных среди полиэтилена высокого давления (PEHD), полипропилена (РР), полистирола (PS), полиамида (РА), сложного полиэфира, поливинилиденфторида (PVDF), политетрафторэтилена (PTFE), полиэтиленгликоля (PEG), полиэтилентерефталата (PET), полиметилметакрилата (РММА), полиэфирэфиркетона (РЕЕК).

9. Баночка или эквивалентный стеклянный сосуд по п. 4, отличающийся тем, что толщина сухого покрытия из первичного термоуплотняемого материала на тонком крае стеклянного сосуда равна, по меньшей мере, 0,2, предпочтительно, 0,9 и, особенно предпочтительно, 1,5 мкм.

10. Баночка или эквивалентный стеклянный сосуд по п. 4, отличающийся тем, что толщина сухого покрытия из первичного термоуплотняемого материала на тонком крае стеклянного сосуда равна, самое большее, 4, предпочтительно, 3 и, особенно предпочтительно, 2 мкм.

11. Применение способа по одному из пп. 1-3, или баночки, или эквивалентного стеклянного сосуда по одному из пп. 4-10 для упаковки продовольственных продуктов.