CN104349984A - 用于食品包装和食品加工设备的自润滑表面 - Google Patents

用于食品包装和食品加工设备的自润滑表面 Download PDF

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乔纳森·大卫·史密斯
拉吉夫·迪米曼
亚当·T·帕克森
克里斯托弗·J·洛夫
布莱恩·R·所罗门
克里帕·K·瓦拉纳西
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Abstract

本发明提供一种具有液体浸渍的表面的物品。所述表面包括固体特征(124)(例如无毒和/或可食用特征)的矩阵，所述固体特征间隔足够近以在其间或其内稳定容纳液体(126)，其中所述液体是无毒和/或可食用的。所述物品可容纳例如食品或其它消费品，例如调味番茄酱、芥末或蛋黄酱。

Description

用于食品包装和食品加工设备的自润滑表面
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2012年3月23日申请的美国临时专利申请案第61/614,941号和2012年5月24日申请的美国临时专利申请案第61/651,545号的优先权和权益，并且这些申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及用于食品和其它消费品包装和加工设备的非润湿并且自润滑的表面。
背景技术
近十年来，微米/纳米工程化表面的出现为增强热流体科技中的多种物理现象提供了新的技术。举例来说，使用微米/纳米表面纹理提供了能够获得较低粘性阻力、降低的与冰和其它材料的粘附力、自清洁及拒水性的非润湿表面。这些改善一般是由固体表面与相邻液体之间的接触减少(即，润湿减少)引起的。
需要改善的非润湿并且自润滑的表面。特别需要用于食品包装和食品加工设备的改善的非润湿并且自润滑的表面。
发明内容
一般来说，本发明涉及用于食品包装和食品加工设备中的液体浸渍表面。在一些实施例中，所述表面被用于食品用容器或瓶子中，所述食品例如为调味番茄酱、芥末、蛋黄酱及其它从这些容器或瓶子中倒出、挤出或以其它方式提取的产品。所述表面使这些食品能容易地流出所述容器或瓶子。本文所述的表面还可以防止化学品从食品容器或食品加工设备的器壁浸析到食品中，由此增进消费者的健康和安全性。在一个实施例中，所述表面为水或氧的扩散提供屏障，和/或保护所容纳的材料(例如食品)免受紫外辐射的影响。本文描述了用于制造这些表面的具有成本效益的方法。
具有本文所述的液体封装涂层的容器意外地展现有效的食品排空特性。本文所述的实施例特别适用于供众所周知会粘到容器或加工设备上的食品或其它消费品用的容器或加工设备(例如，与这些消费品接触的容器和加工设备)。举例来说，已经发现，本文所述的实施例适用于作为非牛顿流体(non-Newtonian fluid)，特别是宾汉塑料(Binghamplastics)和触变性流体的消费品。本文所述的实施例适用的其它流体包括高粘度流体、高粘度零剪切速率流体(剪切致稀的流体)、剪切致稠的流体及具有高表面张力的流体。此处，流体可意谓固体或液体(流动的物质)。
宾汉塑料(例如屈服应力流体)是在开始流动之前需要有限的屈服应力的流体。这些流体比较难以从瓶子或其它容器挤出或倒出。宾汉塑料的实例包括蛋黄酱、芥末、巧克力、番茄酱及牙膏。通常，宾汉流体将无法流出容器，即使是将容器倒置(例如，牙膏将无法流出管，即使是将其倒置)。已经发现，本文所述的实施例适用于宾汉塑料。
触变性流体是粘度取决于剪切随时间的变化的流体(并且其粘度随持续施加剪切而减小)。换句话说，触变性流体必须随时间搅动以开始变稀。调味番茄酱是触变性流体的一个实例，酸乳酪也是。已发现本文所述的实施例适用于触变性流体。
本文所述的实施例还适用于高粘度流体(例如，高于100cP、高于500cP、高于1000cP、高于3000cP或高于5000cP的流体)。实施例还适用于高于100cP的高粘度零剪切速率材料(例如剪切致稀的流体)。实施例还适用于高表面张力物质，在物质被容纳于极小瓶子或管中的情况下，这些是相关的。
在一个方面，本发明针对一种包括液体浸渍表面的物品，所述表面包括固体特征的矩阵，所述固体特征间隔足够近以在其间和/或其内稳定容纳液体，其中所述特征和所述液体是无毒和/或可食用的。在某些实施例中，所述液体被稳定容纳于所述矩阵内，不管所述物品的方位如何和/或是处于正常运送和/或处理条件下。在某些实施例中，所述物品是消费品的容器。在某些实施例中，所述固体特征包括颗粒。在某些实施例中，所述颗粒的平均特征尺寸在例如约5微米到约500微米，或约5微米到约200微米，或约10微米到约50微米范围内。在某些实施例中，所述特征尺寸是直径(例如对于大致呈球形的颗粒)、长度(例如对于大致呈杆状的颗粒)、厚度、深度或高度。在某些实施例中，所述颗粒包括不可溶纤维、纯化的木纤维素、微晶纤维素、麦麸纤维、高岭土(粘土矿物)、日本蜡(从浆果获得)、木浆(植物茎的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树腊、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和/或乙基羟乙基纤维素。在某些实施例中，所述颗粒包括蜡。在某些实施例中，所述颗粒是随机间隔的。在某些实施例中，所述颗粒是以相邻颗粒或颗粒簇之间的平均间距为约1微米到约500微米，或约5微米到约200微米，或约10微米到约30微米来排列。在某些实施例中，所述颗粒是喷雾沉积的(例如，通过气雾剂或其它喷雾机制沉积)。在某些实施例中，消费品包含至少一种选自由以下组成的群组的成员：调味番茄酱、调味酱、芥末、蛋黄酱、糖浆、蜜、果子冻、花生酱、黄油、巧克力糖浆、起酥油、黄油、人造奶油、人造奶酪、油脂、蘸酱、酸乳酪、酸奶油、化妆品、洗发香波、洗液、发胶及牙膏。在某些实施例中，食品是粘性食品(例如，糖果、巧克力糖浆、麦芽汁、酵母醪、啤酒醪、太妃糖)、食用油、鱼油、果汁软糖、生面团、稀面糊、烘焙食品、口香糖、泡泡糖、黄油、干酪、奶油、奶油干酪、芥末、酸乳酪、酸奶油、咖哩、酱汁、甜椒酱(ajvar)、咖喱香肠酱、沙拉酱(salsa lizano)、酸辣酱、贝乌雷酱(pebre)、鱼酱汁、酸奶黄瓜、拉差辣椒酱(sriracha sauce)、维吉麦(vegemite)、阿根廷香辣酱(chimichurri)、HP酱/棕酱、哈里萨辣酱(harissa)、苦椒酱(kochujang)、海鲜酱、朝鲜泡菜(kim chi)、查鲁纳辣酱(cholula hot sauce)、塔塔酱(tartar sauce)、白芝麻酱、鹰嘴豆泥、七味粉、调味番茄酱、意大利面酱、阿尔弗雷德酱(Alfredo sauce)、番茄意面酱(Spaghettisauce)、糖霜、甜品配料或生奶油。在某些实施例中，消费品的容器是当填充有消费品时货架期稳定的。在某些实施例中，所述消费品在室温下粘度为至少约100cP。在某些实施例中，所述消费品在室温下粘度为至少约1000cP。在某些实施例中，所述消费品为非牛顿材料。在某些实施例中，所述消费品包含宾汉塑料、触变性流体和/或剪切致稠物质。在某些实施例中，所述液体包括食品添加剂(例如油酸乙酯)、脂肪酸、蛋白质和/或植物油(例如橄榄油、淡橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻仁油、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)。在某些实施例中，所述物品是消费品加工设备的一个组件。在某些实施例中，所述物品是食品加工设备中与食品接触的组件。在某些实施例中，所述液体浸渍表面具有低于约50％，或低于约25％，或低于约15％的固体与液体比率。
在另一方面，本发明针对一种制造消费品容器的方法，所述方法包括以下步骤：提供衬底；将纹理施加到所述衬底上，所述纹理包含固体特征的矩阵，所述固体特征间隔足够近以在其间和/或其内稳定容纳液体(例如当所述容器呈任何取向，或在所述容器的整个有用寿命中正经历正常运送和/或处理条件时仍稳定容纳)；及用所述液体浸渍所述固体特征的矩阵，其中所述固体特征和所述液体是无毒和/或可食用的。在某些实施例中，所述固体特征是颗粒。在某些实施例中，所述施加步骤包括将固体和溶剂的混合物喷到带纹理的衬底上。在某些实施例中，所述固体包括不可溶纤维、纯化的木纤维素、微晶纤维素、麦麸纤维、高岭土(粘土矿物)、日本蜡(从浆果获得)、木浆(植物茎的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树腊、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和/或乙基羟乙基纤维素。在某些实施例中，所述方法包括在将所述混合物喷到带纹理的表面上之后并且在所述浸渍步骤之前，使所述溶剂蒸发的步骤。在某些实施例中，所述方法包括使浸渍的特征矩阵与消费品接触的步骤。在某些实施例中，消费品为调味番茄酱、调味酱、芥末、蛋黄酱、糖浆、蜜、果子冻、花生酱、黄油、巧克力糖浆、起酥油、黄油、人造奶油、人造奶酪、油脂、蘸酱、酸乳酪、酸奶油、化妆品、洗发香波、洗液、发胶或牙膏。在某些实施例中，消费品是粘性食品(例如，糖果、巧克力糖浆、麦芽汁、酵母醪、啤酒醪、太妃糖)、食用油、鱼油、果汁软糖、生面团、稀面糊、烘焙食品、口香糖、泡泡糖、黄油、干酪、奶油、奶油干酪、芥末、酸乳酪、酸奶油、咖哩、酱汁、甜椒酱、咖喱香肠酱、沙拉酱、酸辣酱、贝乌雷酱、鱼酱汁、酸奶黄瓜、拉差辣椒酱、维吉麦、阿根廷香辣酱、HP酱/棕酱、哈里萨辣酱、苦椒酱、海鲜酱、朝鲜泡菜、查鲁纳辣酱、塔塔酱、白芝麻酱、鹰嘴豆泥、七味粉、调味番茄酱、意大利面酱、阿尔弗雷德酱、番茄意面酱、糖霜、甜品配料或生奶油。在某些实施例中，所述液体包括食品添加剂(例如油酸乙酯)、脂肪酸、蛋白质和/或植物油(例如橄榄油、淡橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻仁油、芥花油、花生油、红花油和/或向日葵油)。在某些实施例中，将纹理施加到所述衬底的步骤包括：使所述衬底暴露于溶剂(例如溶剂诱导的结晶)、对材料混合物进行挤压或吹塑模制、通过机械作用使所述衬底变粗糙(例如用磨料滚磨)、喷涂、聚合物旋涂、从溶液沉积颗粒(例如逐层沉积和/或从液体和颗粒的悬浮液蒸发掉液体)、对泡沫或泡沫形成材料(例如聚氨基甲酸酯泡沫)进行挤压或吹塑模制、从溶液沉积聚合物、对冷却后膨胀以留下起皱或带纹理的表面的材料进行挤压或吹塑模制、将材料层施加到处于拉紧或压缩状态的表面上、对聚合物进行非溶剂诱导的相分离以获得多孔结构、进行微接触印刷、进行激光光栅处理、使固体纹理自蒸汽成核(例如凝华作用)、进行阳极化、研磨、机器加工、滚纹、电子束研磨、进行热或化学氧化和/或进行化学气相沉积。在某些实施例中，将纹理施加到衬底包括将可食用颗粒的混合物喷到衬底上。在某些实施例中，用所述液体浸渍所述特征的矩阵包括：将封装的液体喷到所述特征的矩阵上、将所述液体刷到所述特征的矩阵上、将所述特征的矩阵浸没于所述液体中、使所述特征的矩阵旋转、使液体在所述特征的矩阵上冷凝、将包含所述液体和一或多种挥发性液体的溶液沉积，和/或将所述液体散布到带有第二不混溶液体的表面上。在某些实施例中，将所述液体与溶剂混合并且接着进行喷洒，因为所述溶剂将降低所述液体的粘度，使其能更容易并且更均匀地喷洒。然后，所述溶剂将自涂层干燥。在某些实施例中，所述方法另外包括在将纹理施加到所述衬底之前对所述衬底进行化学改性，和/或对所述纹理的固体特征进行化学改性。举例来说，所述方法可包括用与水具有大于70度的接触角的材料(例如疏水性材料)进行化学改性。所述改性可例如在施加纹理之后进行，或可在将颗粒施加到衬底之前施加到所述颗粒。在某些实施例中，浸渍特征的矩阵包括从所述特征的矩阵去除过量液体。在某些实施例中，去除所述过量液体包括：使用第二不混溶液体带走所述过量液体、使用机械作用去除所述过量液体、使用多孔材料吸收所述过量液体，和/或使用重力或离心力从特征的矩阵排出所述过量液体。
关于本发明的给定方面描述的实施例的要素可用于本发明另一方面的各种实施例中。举例来说，预期从属于一个独立权利要求的附属权利要求的特征可用于任何其它独立权利要求的设备和/或方法中。
附图说明
参照以下描述的图式以及权利要求书能更好地了解本发明的目的和特征。
图1a是根据本发明某些实施例，接触非润湿表面的液体的示意性横截面图。
图1b是根据本发明某些实施例，已穿透非润湿表面的液体的示意性横截面图。
图1c是根据本发明某些实施例，与液体浸渍表面接触的液体的示意性横截面图。
图2是通过将由乙醇和巴西棕榈蜡构成的乳液喷到铝衬底上所获得的典型粗糙表面的SEM(扫描电子显微镜)图像。干燥之后，颗粒展示10μm-50μm的特征大小并且排列成稀疏的簇，其中相邻颗粒之间的特征间距为20μm-50μm。这些颗粒构成分层纹理的第一长度标度。
图3是从煮沸的乙醇-蜡乳液获得并且喷到铝衬底上的巴西棕榈蜡颗粒的示例性细节的SEM(扫描电子显微镜)图像。干燥之后，蜡颗粒展现多孔的亚微米粗糙度特征并且具有100nm-1μm的特征孔宽度和200nm-2μm的孔长度。这些多孔粗糙度特征构成了分层纹理的第二长度标度。
图4是通过将由乙醇和巴西棕榈蜡颗粒构成的乳液喷到铝衬底上所获得的典型粗糙表面的SEM(扫描电子显微镜)图像。在干燥之后，颗粒展示10μm-50μm的特征大小并且排列成致密的簇，其中相邻颗粒之间的特征间距为10μm-30μm。这些颗粒构成分层纹理的第一长度标度。
图5是从喷到铝衬底上的蜡颗粒-乙醇混合物获得的巴西棕榈蜡颗粒的示例性细节的SEM(扫描电子显微镜)图像。干燥之后，蜡颗粒展现低纵横比亚微米粗糙度特征并且高度为100nm。这些多孔粗糙度特征构成了分层纹理的第二长度标度。
图6是通过将由溶剂溶液和巴西棕榈蜡构成的乳液喷到铝衬底上所获得的典型粗糙表面的SEM(扫描电子显微镜)图像。干燥之后，颗粒展示10μm-10μm的特征大小并且平均特征大小为30μm。其是以相邻颗粒之间50μm-100μm的特征间距稀疏地间隔。这些颗粒构成分层纹理的第一长度标度。
图7是从溶剂-蜡乳液获得并且喷到铝衬底上的巴西棕榈蜡颗粒的示例性细节的SEM(扫描电子显微镜)图像。干燥之后，蜡颗粒展现亚微米粗糙度特征并且具有200nm的特征孔宽度和200nm-2μm的孔长度。这些多孔粗糙度特征构成了分层纹理的第二长度标度。
图8到13包括根据本发明的说明性实施例，在液体浸渍表面上的调味番茄酱斑点的一系列图像。
图14包括根据本发明的说明性实施例，调味番茄酱流出塑料瓶的一系列图像。
图15包括根据本发明的说明性实施例，调味番茄酱流出玻璃瓶的一系列图像。
图16包括根据本发明的说明性实施例，芥末流出瓶子的一系列图像。
图17包括根据本发明的说明性实施例，蛋黄酱流出瓶子的一系列图像。
图18包括根据本发明的说明性实施例，果子冻流出瓶子的一系列图像。
图19包括根据本发明的说明性实施例，酸奶油和洋葱蘸酱流出瓶子的一系列图像。
图20包括根据本发明的说明性实施例，酸乳酪流出瓶子的一系列图像。
图21包括根据本发明的说明性实施例，牙膏流出瓶子的一系列图像。
图22包括根据本发明的说明性实施例，发胶流出瓶子的一系列图像。
具体实施方式
预期所主张的发明的物品、器械、方法和工艺涵盖了使用来自本文所描述的实施例的信息所产生的变更和改编。相关领域的普通技术人员可对本文所述的物品、器械、方法和工艺进行改编和/或修改。
在实施方式中，在物品和器械被描述为具有、包括或包含特定组件时，或在工艺和方法被描述为具有、包括或包含特定步骤时，预期另外地，本发明的物品和器械基本上由或由所述组件组成，并且根据本发明的工艺和方法基本上由或由所述加工步骤组成。
应了解，步骤的次序或用于进行某些操作的次序是不重要的，只要本发明保持可操作即可。此外，两个或两个以上步骤或操作可同时进行。
本文提到的任何出版物(例如在背景技术部分中提到的)并非承认所述出版物充当关于本文所呈现的任何权利要求的现有技术。背景技术部分是出于清楚的目的呈现，并且不打算作为关于任何权利要求的现有技术说明。
液体浸渍表面描述于2011年11月22日申请的标题为“液体浸渍表面、制造方法及其浸渍装置(Liquid-Impregnated Surfaces，Methods of Making，and Devices Incorporatingthe Same)”的美国专利申请案第13/302,356号中，其揭示内容以全文引用的方式并入本文中。
图1a是根据本发明一些实施例，与传统或先前的非润湿表面104(即，气体浸渍表面)接触的液体102的示意性横截面图。表面104包括具有由特征108界定的表面纹理的固体106。在一些实施例中，固体106是由特征108界定。特征108之间的区域被气体110(例如空气)占据。如所描绘的，尽管液体102能够接触特征108的顶部，但气体-液体界面112防止液体102润湿整个表面104。
参看图1b，在某些情形中，液体102可替代浸渍气体并且变得穿透到固体106的特征108内。穿透可例如在液滴以高速度碰撞表面104时发生。当穿透发生时，占据特征108之间的区域的气体被液体102部分或完全置换，并且表面104可能失去其非润湿能力。
参看图1c，在某些实施例中，提供非润湿的液体浸渍表面120，其包括具有纹理(例如特征124)的固体122，所述纹理被浸渍液126而非气体浸渍。在各种实施例中，在表面104上的涂层包括固体106和浸渍液126。
在所描绘的实施例中，与表面接触的接触液128停留在表面120的特征124(或其它纹理)上。在特征124之间的区域中，接触液128是通过浸渍液126支撑。在某些实施例中，接触液128与浸渍液126不混溶。举例来说，接触液128可为水并且浸渍液126可为油。
在一些实施例中，使用了微米级特征。在一些实施例中，微米级特征为颗粒。颗粒可随机或均匀分散于表面上。颗粒之间的特征间距可为约200μm、约100μm、约90μm、约80μm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm或1μm。在一些实施例中，颗粒之间的特征间距在100μm-1μm、50μm-20μm或40μm-30μm范围内。在一些实施例中，颗粒之间的特征间距在100μm-80μm、80μm-50μm、50μm-30μm或30μm-10μm范围内。在一些实施例中，颗粒之间的特征间距在以上任何两个值的范围内。
颗粒的平均尺寸可为约200μm、约100μm、约90μm、约80μm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm或1μm。在一些实施例中，颗粒的平均尺寸在100μm-1μm、50μm-10μm或30μm-20μm范围内。在一些实施例中，颗粒的平均尺寸在100μm-80μm、80μm-50μm、50μm-30μm或30μm-10μm范围内。在一些实施例中，颗粒的平均尺寸在以上任何两个值的范围内。
在一些实施例中，颗粒为多孔的。颗粒的特征孔大小(例如孔宽度或长度)可为约5000nm、约3000nm、约2000nm、约1000nm、约500nm、约400nm、约300nm、约200nm、约100nm、约80nm、约50、约10nm。在一些实施例中，特征孔大小在200nm-2μm或100nm-1μm范围内。在一些实施例中，特征孔大小在以上任何两个值的范围内。
本文所述的物品和方法涉及液体浸渍表面，其作为内部瓶子涂层是特别有价值的，并且对于食品加工设备很有价值。这些物品和方法可用于多种食品包装和加工设备。举例来说，这些物品可用作瓶子涂层以改善材料从瓶子流出，或流经或流过食品加工设备。在某些实施例中，本文所述的表面或涂层防止化学品从瓶子或食品加工设备的器壁浸析到食品中，由此增进消费者的健康和安全性。这些表面和涂层还可为水或氧的扩散提供屏障，和/或保护所容纳的材料(例如食品)免受紫外辐射的影响。在某些实施例中，本文所述的表面或涂层可用于食品罐/提袋/袋子和/或工业运输环境中的管道/通道以及其它食品加工设备。
在某些实施例中，此处所述的物品被用于容纳消费品。举例来说，在经涂布的容器中处理粘性食品，例如巧克力糖浆，留下大量的食品粘在容器壁上。用液体封装的纹理涂布容器壁不仅可减少食品浪费，而且还使得容易处理。
在某些实施例中，此处所述的物品被用于容纳食品。食品可为例如调味番茄酱、芥末、蛋黄酱、黄油、花生酱、果子冻、果酱、冰淇淋、生面团、口香糖、巧克力糖浆、酸奶酪、干酪、酸奶油、酱汁、糖衣、咖哩、食用油或被提供或储存于容器中的任何其它食品。食品还可以是狗粮或猫粮。所述物品还可用于容纳家用产品和保健产品，例如化妆品、洗液、牙膏、洗发香波、发胶、医用流体(例如抗细菌油膏或乳膏)及其它相关产品或化学品。
在一些实施例中，与物品接触的消费品的粘度为至少100cP(例如在室温下)。在一些实施例中，消费品的粘度为至少500cP、1000cP、2000cP、3000cP或5000cP。在一些实施例中，消费品的粘度在100-500cP、500-1000cP或1000-2000cP范围内。在一些实施例中，消费品的粘度在以上任何两个值的范围内。
在各种实施例中，液体浸渍表面包括通过无毒和/或可食用液体封装或浸渍的带纹理的、多孔或粗糙衬底。可食用液体可为例如食品添加剂(例如油酸乙酯)、脂肪酸、蛋白质和/或植物油(例如橄榄油、淡橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻仁油、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)。在一个实施例中，可食用液体是被美国食品和药品管理局(U.S.Food and Drug Administration，FDA)批准用于消费的任何液体。衬底优选被列在FDA批准的食品接触物质清单中，可见于www.accessdata.fda.gov。
在某些实施例中，在物品(例如瓶子或其它食品容器)内部上的带纹理材料与瓶子本身呈整体。举例来说，聚碳酸酯瓶的纹理可由聚碳酸酯制成。
在各种实施例中，固体122包含固体特征的矩阵。固体122或固体特征的矩阵可包括无毒和/或可食用材料。在一些实施例中，液体封装的表面纹理包括固体、可食用材料。举例来说，表面纹理可由可食用固体颗粒的集合或涂层形成。固体、无毒和/或可食用材料的实例包括不可溶纤维(例如纯化的木纤维素、微晶纤维素和/或麦麸纤维)、蜡(例如巴西棕榈蜡)及纤维素醚(例如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和/或乙基羟乙基纤维素)。
在各种实施例中，提供一种用于赋予固体衬底表面纹理(例如粗糙度和/或孔隙度)的方法。在一个实施例中，所述纹理是通过使衬底(例如聚碳酸酯)暴露于溶剂(例如丙酮)来赋予。举例来说，所述溶剂可通过诱导结晶(例如聚碳酸酯可在暴露于丙酮时再结晶)来赋予纹理。
在各种实施例中，通过对材料混合物(例如连续聚合物掺合物，或聚合物与颗粒的混合物)进行挤压或吹塑模制来赋予纹理。随后，可对材料之一进行溶解、蚀刻、熔融或蒸发去除，留下带纹理的、多孔和/或粗糙表面。在一个实施例中，材料之一是颗粒的形式，所述颗粒大于涂层的平均厚度。有利的是，当前使用挤压或吹塑模制来制造食品用包装(例如调味番茄酱瓶)。因此，本文所述的方法可使用现有设备进行，只需极少的附加费用。
在某些实施例中，通过机械粗糙化(例如用磨料滚磨)、喷涂或聚合物旋涂、从溶液沉积颗粒(例如逐层沉积、从液体+颗粒悬浮液蒸发掉液体)和/或对泡沫或泡沫形成材料(例如聚氨基甲酸酯泡沫)进行挤压或吹塑模制。用于赋予纹理的其它可能方法包括：从溶液沉积聚合物(例如，聚合物形成粗糙、多孔或带纹理的表面)；对在冷却时膨胀从而留下起皱表面的材料进行挤压或吹塑模制；及将材料层施加到在处于拉紧或压缩状态的表面上，随后使表面的拉紧或压缩状态松弛，产生带纹理的表面。
在一个实施例中，通过非溶剂诱导的聚合物相分离来赋予纹理，从而产生海绵状多孔结构。举例来说，可将聚砜、聚(乙烯吡咯烷酮)及DMAc的溶液浇注到衬底上并且然后浸入水浴中。在浸入水中后，溶剂与非溶剂交换并且聚砜沉淀并变硬。
在一些实施例中，液体浸渍表面包括浸渍液和延伸或渗透穿过浸渍液(例如以与相邻空气相接触)的固体材料部分。为了获得最佳的非润湿并且自润滑性能，一般需要使延伸穿过浸渍液(即，未被其覆盖)的固体材料的量最少。举例来说，在表面处固体材料与浸渍液的比率优选低于约15％或更高，优选低于约5％。在一些实施例中，固体材料与浸渍液的比率低于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或2％。在一些实施例中，固体材料与浸渍液的比率在50-5％、30-10％、20-15％或以上任何两个值的范围内。在某些实施例中，使用非常尖或圆形的表面纹理来获得低比率。相比之下，平坦的表面纹理可引起较高比率，并且在表面处暴露过多的固体材料。
在各种实施例中，提供一种用浸渍液浸渍表面纹理的方法。举例来说，浸渍液可喷到或刷到纹理(例如，在瓶子内表面上的纹理)上。在一个实施例中，通过填充或部分填充包括带纹理的表面的容器，将浸渍液施加到带纹理的表面。然后从容器去除过量的浸渍液。在各种实施例中，通过添加洗涤液(例如水)到容器中以从容器收集或萃取过量液体来去除过量的浸渍液。用于添加浸渍液的其它方法包括旋转容器或与液体接触的表面(例如旋涂法)，以及使浸渍液在容器或表面上冷凝。在各种实施例中，通过沉积具有浸渍液和一或多种挥发性液体的溶液(例如经由任何先前所述的方法)并蒸发掉所述一或多种挥发性液体来施加浸渍液。
在某些实施例中，使用散布液施加浸渍液，所述散布液沿表面散布或推动浸渍液。举例来说，可在容器中合并浸渍液(例如油酸乙酯)和散布液(例如水)，并搅动或搅拌。容器内的流体流可将浸渍液分配在容器周围，此时其浸渍表面纹理。
利用这些方法中的任一种，过量的浸渍液可机械去除(例如用固态物体或流体推出表面)、使用另一多孔材料从表面吸收，或经由重力或离心力去除。加工材料优选为FDA批准用于少量消费的。
实验实例
在内部瓶表面上产生固体特征的矩阵：
在这些实验中，使用了200度的纯乙醇(科佩克公司(KOPTEC))、粉末状巴西棕榈蜡(麦克马斯特-卡尔公司(McMaster-Carr))及含有三氯乙烯、丙烷和巴西棕榈蜡的气雾剂巴西棕榈蜡喷雾(PPE，编号CW-165)。超声波仪是来自必能信公司(Branson)，型号2510。高级加热板搅拌器是来自VWR公司，型号97042-642。喷枪是来自贝德杰喷枪公司(Badger Air-Brush Co.)，型号贝德杰150。
通过本文中描述的程序1来制备具有固体特征矩阵的第一表面。通过将40ml乙醇加热到85℃，缓慢添加0.4g巴西棕榈蜡粉末，将乙醇与蜡的混合物煮沸5分钟，随后使混合物冷却，同时音波处理5分钟，来制备混合物。用喷枪以50psi将所得混合物喷到衬底上，并且随后使衬底在环境温度和湿度下干燥1分钟。SEM图像示于图2和3中。
通过本文中描述的程序2制备第二表面。通过添加4g粉末状巴西棕榈蜡到40ml乙醇中并剧烈搅拌来制备混合物。在距表面4英寸的距离处用喷枪以50psi将所得混合物喷到衬底上持续2秒，并且随后使衬底在环境温度和湿度下干燥1分钟。SEM图像示于图4和5中。
通过本文中描述的程序3制备第三表面。在10英寸距离处，将气雾剂蜡喷到衬底上，持续3秒。移动喷嘴以使喷雾停留时间不超过0.5秒/单位面积，并且然后使衬底在环境温度和湿度下干燥1分钟。SEM图像示于图6和7中。
浸渍蜡涂层：
在瓶子中使5到10mL量的油酸乙酯(西格玛阿尔德里奇公司(sigma Aldrich))或植物油涡旋，直到通过上述程序3制备的整个覆盖蜡的表面变得透明。选择这一涂布时间以使得在整个表面上形成混浊(非片状)的涂层。在一些实施例中，所形成的涂层的厚度在10-50微米范围内。
在实验中通过2种不同方法去除过量的油。通过将其倒置放置约5分钟，或通过向瓶子中添加约50mL水并将其振荡5-10秒以将大部分过量的油带入水中来排出过量的油。然后倒出水/油乳液。一般来说，在排出之后，涂层看起来澄清。当其过度排出时，其通常看来是混浊的。
图8到13包括根据本发明的说明性实施例，在液体浸渍表面上的调味番茄酱斑点的一系列图像。如所描绘的，调味番茄酱斑点因表面的略微倾斜(例如5到10度)而能够沿液体浸渍表面下滑。调味番茄酱沿呈实质上刚性主体的表面移动，同时沿其路径不留下任何调味番茄酱残留物。图8到图13经过的时间为约1秒。
瓶排空实验：
除非另作具体说明，否则在排出过量的油之后，在约30分钟内进行瓶排空试验。相同类型的经涂布和未涂布瓶子具有等量的相同调味品类型。然后将其倒置翻转。接着重复挤压/抽吸塑料/玻璃瓶直到取出超过90％的材料，并且然后振荡，直到仅较少的几滴材料从未涂布瓶子出来。然后对经涂布和未涂布的瓶子进行称重，随后冲洗，随后再次称重，以测定在实验之后瓶子中留下的食品量。
调味番茄酱
为了制备图14和15中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒和溶剂的混合物喷洒塑料(由聚对苯二甲酸乙二酯(PETE)制成的塑料亨氏瓶(Heinz bottle))或玻璃容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用油酸乙酯通过将油酸乙酯施加到表面上并去除过量的油酸乙酯来浸渍表面纹理。
图14和15包括根据本发明的说明性实施例，调味番茄酱流出瓶子的两个系列的图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准调味番茄酱瓶。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用调味番茄酱填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面经液体浸渍。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了调味番茄酱因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使调味番茄酱从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，调味番茄酱从具有液体浸渍表面的瓶子排出明显更快。在200秒之后，保留在标准瓶子中的调味番茄酱的量为85.9克。比较而言，此时保留在液体浸渍瓶中的调味番茄酱的量为4.2克。
瓶子表面上巴西棕榈蜡的量为约9.9×10-5g/cm2。液体浸渍表面中油酸乙酯的量为约6.9×10-4g/cm2。估计的涂层厚度为约10到约30微米。
芥末
为了制备图16中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒与溶剂的混合物喷洒容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用油酸乙酯通过将油酸乙酯施加到表面上并去除过量的油酸乙酯来浸渍表面纹理。
图16包括根据本发明的说明性实施例，芥末流出瓶子的一系列图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准芥末瓶(灰色布朋芥末瓶(Grey Poupon mustard bottle))。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用芥末填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面经液体浸渍。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了芥末因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使芥末从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，芥末从具有液体浸渍表面的瓶子排出明显更快。
蛋黄酱
为了制备图17中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒与溶剂的混合物喷洒容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用油酸乙酯通过将油酸乙酯施加到表面上并去除过量的油酸乙酯来浸渍表面纹理。
图17包括根据本发明的说明性实施例，蛋黄酱流出瓶子的一系列图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准蛋黄酱瓶(好乐门蛋黄酱瓶(Hellman′s Mayonnaise bottle))。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用蛋黄酱填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面经液体浸渍。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了蛋黄酱因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使蛋黄酱从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，蛋黄酱从具有液体浸渍表面的瓶子排出明显更快。
两天后，重复实验并且经涂布的蛋黄酱瓶仍实质上完全地排空。
果子冻
为了制备图18中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒与溶剂的混合物喷洒容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用油酸乙酯通过将油酸乙酯施加到表面上并去除过量的油酸乙酯来浸渍表面纹理。
图18包括根据本发明的说明性实施例，果子冻流出瓶子的一系列图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准果子冻瓶。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用果子冻填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面经液体浸渍。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了果子冻因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使果子冻从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，果子冻从具有液体浸渍表面的瓶子排出明显更快。
此外，在55℃下，在装有果子冻的液体浸渍瓶中测试实验。液体浸渍表面稳定并且显示类似的输送作用。
酸奶油和洋葱蘸酱
为了制备图19中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒与溶剂的混合物喷洒容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用芥花油通过将芥花油施加到表面上并去除过量的芥花油来浸渍表面纹理。
图19包括根据本发明的说明性实施例，奶油流出瓶子的一系列图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准瓶。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用奶油填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面经液体浸渍。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了奶油因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使奶油从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，奶油从具有液体浸渍表面的瓶子排出明显更快。
酸乳酪
为了制备图20中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒与溶剂的混合物喷洒容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用油酸乙酯通过将油酸乙酯施加到表面上并去除过量的油酸乙酯来浸渍表面纹理。
图20包括根据本发明的说明性实施例，酸乳酪流出瓶子的一系列图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准瓶。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用酸乳酪填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面是液体浸渍的。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了酸乳酪因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使酸乳酪从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，酸乳酪从具有液体浸渍表面的瓶子排出明显更快。
牙膏
为了制备图21中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒与溶剂的混合物喷洒容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用油酸乙酯通过将油酸乙酯施加到表面上并去除过量的油酸乙酯来浸渍表面纹理。
图21包括根据本发明的说明性实施例，牙膏流出瓶子的一系列图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准瓶。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用牙膏填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面经液体浸渍。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了牙膏因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使牙膏从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，牙膏从具有液体浸渍表面的瓶子排出明显更快。
发胶
为了制备图22中所示的这些图像的液体浸渍表面，用含有巴西棕榈蜡颗粒与溶剂的混合物喷洒容器的内表面数秒。在溶剂蒸发之后，保留在表面上的巴西棕榈蜡提供表面纹理或粗糙度。然后用油酸乙酯通过将油酸乙酯施加到表面上并去除过量的油酸乙酯来浸渍表面纹理。
图22包括根据本发明的说明性实施例，发胶流出瓶子的一系列图像。在每个图像左侧上的瓶子是标准瓶。在右侧上的瓶子是液体浸渍瓶。具体地说，在用发胶填充瓶子之前，在右侧上的瓶子的内表面经液体浸渍。除不同的内表面外，两个瓶子是相同的。这系列图像显示了发胶因重力从两个瓶子流出。在时间等于零时，将最初装满的瓶子翻转以使发胶从瓶子倒出或滴出。如所描绘的，发胶从具有液体浸渍表面的瓶子排出相当快。
由瓶子排空实验得到的数据
记录下上述实验中所使用的经涂布和未涂布瓶子中残留的食品的重量，并呈现于下表1中。很明显，在排空之后，具有液体封装的内表面的瓶子(“经涂布瓶”)中残留的产品的重量明显低于无液体封装表面的瓶子中残留的产品的重量。
表1.经涂布和未涂布瓶残留的食品重量
等效物
尽管已经参照具体优选实施例特别地显示和描述了本发明，但所属领域技术人员应了解，可在不偏离如所附权利要求书所界定的本发明精神和范围的情况下对形式和细节进行各种修改。

Claims (30)

1.一种包含液体浸渍表面的物品，所述表面包含固体特征的矩阵，所述固体特征间隔足够近以在其间和/或其内稳定容纳液体，其中所述特征和所述液体是无毒和/或可食用的。
2.根据权利要求1所述的物品，并且其中所述物品是消费品的容器。
3.根据权利要求1所述的物品，其中所述固体特征包含颗粒。
4.根据权利要求3所述的物品，其中所述颗粒的平均尺寸在5微米到50微米范围内。
5.根据权利要求3所述的物品，其中所述颗粒包含一或多种选自由以下组成的群组的成员：不可溶纤维、纯化的木纤维素、微晶纤维素、麦麸纤维、高岭土(粘土矿物)、日本蜡(从浆果获得)、木浆(植物茎的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树腊、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC和乙基羟乙基纤维素。
6.根据权利要求5所述的物品，其中所述颗粒包含蜡。
7.根据权利要求3所述的物品，其中所述颗粒是随机间隔的。
8.根据权利要求7所述的物品，其中所述颗粒是以相邻颗粒或颗粒簇之间的平均间距为约10微米到约30微米排列的。
9.根据权利要求3所述的物品，其中所述颗粒是喷雾沉积的。
10.根据权利要求2所述的物品，其中所述消费品包含至少一种选自由以下组成的群组的成员：调味番茄酱、调味酱、芥末、蛋黄酱、糖浆、蜜、果子冻、花生酱、黄油、巧克力糖浆、起酥油、黄油、人造奶油、人造奶酪、油脂、蘸酱、酸乳酪、酸奶油、化妆品、洗发香波、洗液、发胶及牙膏。
11.根据权利要求2所述的物品，其中所述消费品的容器是当填充有所述消费品时货架期稳定的。
12.根据权利要求2所述的物品，其中所述消费品在室温下粘度为至少100cP。
13.根据权利要求2所述的物品，其中所述消费品为非牛顿材料。
14.根据权利要求1所述的物品，其中所述液体包含至少一种选自由以下组成的群组的成员：食品添加剂(例如油酸乙酯)、脂肪酸、蛋白质和植物油(例如橄榄油、淡橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻仁油、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)。
15.根据权利要求1所述的物品，其中所述物品是消费品加工设备的组件。
16.根据权利要求1所述的物品，其中所述物品是食品加工设备中与食品接触的组件。
17.根据权利要求1所述的物品，其中所述液体浸渍表面具有低于约50％的固体与液体比率。
18.一种制造消费品容器的方法，所述方法包含：
提供衬底；
将纹理施加到所述衬底，所述纹理包含固体特征的矩阵，所述固体特征间隔足够近以在其间和/或其内稳定容纳液体；及
用所述液体浸渍所述固体特征的矩阵，其中所述固体特征和所述液体是无毒和/或可食用的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述固体特征为颗粒。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述施加步骤包含将固体和溶剂的混合物喷到所述带纹理的衬底上。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述固体包含一或多种选自由以下组成的群组的成员：不可溶纤维、纯化的木纤维素、微晶纤维素、麦麸纤维、高岭土(粘土矿物)、日本蜡(从浆果获得)、木浆(植物茎的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树腊、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC和乙基羟乙基纤维素。
22.根据权利要求20所述的方法，其包含在将所述混合物喷到所述带纹理的表面上之后并且在所述浸渍步骤之前，使所述溶剂蒸发。
23.根据权利要求18所述的方法，其另外包含使所述浸渍的特征矩阵与消费品接触的步骤。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述消费品包含至少一种选自由以下组成的群组的成员：调味番茄酱、调味酱、芥末、蛋黄酱、糖浆、蜜、果子冻、花生酱、黄油、巧克力糖浆、起酥油、黄油、人造奶油、人造奶酪、油脂、蘸酱、酸乳酪、酸奶油、化妆品、洗发香波、洗液、发胶及牙膏。
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述液体包含至少一种选自由以下组成的群组的成员：食品添加剂(例如油酸乙酯)、脂肪酸、蛋白质和植物油(例如橄榄油、淡橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻仁油、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)。
26.根据权利要求18所述的方法，其中将所述纹理施加到所述衬底包含选自由以下组成的群组的程序：使所述衬底暴露于溶剂(例如溶剂诱导的结晶)、对材料混合物进行挤压或吹塑模制、通过机械作用使所述衬底变粗糙(例如用磨料滚磨)、喷涂、聚合物旋涂、从溶液沉积颗粒(例如逐层沉积和/或从液体和颗粒的悬浮液蒸发掉液体)、对泡沫或泡沫形成材料(例如聚氨基甲酸酯泡沫)进行挤压或吹塑模制、从溶液沉积聚合物、对冷却后膨胀以留下起皱或带纹理的表面的材料进行挤压或吹塑模制、将材料层施加到处于拉紧或压缩状态的表面上、对聚合物进行非溶剂诱导的相分离以获得多孔结构、进行微接触印刷、进行激光光栅处理、使所述固体纹理自蒸汽成核(例如凝华作用)、进行阳极化、研磨、机器加工、滚纹、电子束研磨、进行热或化学氧化及进行化学气相沉积。
27.根据权利要求18所述的方法，其中将所述纹理施加到所述衬底包含将可食用颗粒的混合物喷到所述衬底上。
28.根据权利要求18所述的方法，其另外包含在将所述纹理施加到所述衬底之前对所述衬底进行化学改性，和/或对所述纹理的固体特征进行化学改性。
29.根据权利要求18所述的方法，其中浸渍所述特征的矩阵包含从所述特征的矩阵去除过量的液体。
30.根据权利要求29所述的方法，其中去除所述过量液体包含选自由以下组成的群组的程序：使用第二不混溶液体带走所述过量液体、使用机械作用去除所述过量液体、使用多孔材料吸收所述过量液体及使用重力或离心力从所述特征的矩阵排出所述过量液体。
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