RU2804406C1 - Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше, содержащее твердое изделие - Google Patents

Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше, содержащее твердое изделие Download PDF

Info

Publication number
RU2804406C1
RU2804406C1 RU2022110090A RU2022110090A RU2804406C1 RU 2804406 C1 RU2804406 C1 RU 2804406C1 RU 2022110090 A RU2022110090 A RU 2022110090A RU 2022110090 A RU2022110090 A RU 2022110090A RU 2804406 C1 RU2804406 C1 RU 2804406C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sachet
layer
alternatively
product
biodegradable
Prior art date
Application number
RU2022110090A
Other languages
English (en)
Inventor
Стефано БАРТОЛУЧЧИ
Эмили Шарлотт БОСУЭЛЛ
СюАнн ЛИ
Original Assignee
Дзе Проктер Энд Гэмбл Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дзе Проктер Энд Гэмбл Компани filed Critical Дзе Проктер Энд Гэмбл Компани
Application granted granted Critical
Publication of RU2804406C1 publication Critical patent/RU2804406C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к саше, которое содержит твердое изделие, и, в частности, к биоразлагаемому и/или компостируемому в домашних условиях саше, содержащему пеноматериал с открытыми ячейками. Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше содержит переднюю пленку и заднюю пленку. В некоторых примерах передняя пленка и задняя пленка могут включать в себя средний слой, который может содержать бумагу с содержанием более 85% целлюлозы, и внутренний слой, который может включать в себя другой материал, включая, без ограничений, поливиниловый спирт или полигидроксиалконоат. Саше может включать отделение, адаптированное для хранения твердого изделия, в котором твердое изделие представляет собой пеноматериал с открытыми ячейками. Пеноматериал с открытыми ячейками может включать в себя водорастворимый полимер и поверхностно-активное вещество. Технический результат заключается в обеспечении приемлемого влагонепроницаемого барьера в саше, способности выдерживать сжимающие нагрузки до 20 фунтов на кв. дюйм (137,9 кПа), сохранении пригодным для длительного хранения в течение по меньшей мере 18 месяцев потребительского продукта, способность переработки в системе бумажного репульпирования или органической переработки. 13 з.п. ф-лы, 22 табл., 9 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к саше, которое содержит твердое изделие, и, в частности, к биоразлагаемому и/или компостируемому в домашних условиях саше, содержащему пеноматериал с открытыми ячейками.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
У потребителей, которые хотят получить недорогие одноразовые продукты, может пользоваться спросом упаковка саше для небольших количеств таких потребительских продуктов, как шампунь, кондиционер, гель для душа, а также других потребительских продуктов и моющих средств для стирки. Сюда входят потребители, которые не могут себе позволить купить, не могут транспортировать и/или не могут хранить большие контейнеры, обычно встречающиеся в развитых странах.
Упаковка саше обычно изготовлена из слоистого пленочного материала, содержащего слои пластика и алюминия. Существует интерес к использованию биоразлагаемого и/или компостируемого в домашних условиях саше. Однако существует множество проблем с созданием приемлемых биоразлагаемых и/или компостируемых в домашних условиях саше, в частности, для хранения жидких продуктов, которые могут продаваться и храниться в мелких магазинах, не оснащенных системами кондиционирования воздуха, во влажном климате. Многие биоразлагаемые и/или компостируемые в домашних условиях саше имеют высокую проницаемость для водяных паров (MVTR), что ограничивает практичность потребительских товаров вследствие высокой потери воды (для жидких продуктов) или повышения содержания воды (для порошков и других твердых продуктов).
Может быть выгодно продавать твердые изделия в упаковке саше, поскольку (1) твердые изделия могут иметь меньший вес по сравнению с аналогичной дозой традиционных жидких продуктов; (2) твердые изделия могут обеспечивать стабильную дозировку; и (3) происходит значительно меньше потерь продукта в сравнении с дозированием жидкого продукта из бутылки или саше.
Кроме того, саше можно подвергать относительно высоким сжимающим нагрузкам (до приблизительно 20 фунтов/кв. дюйм/137,9 кПа) во время транспортировки, хранения и в точке продажи. Эти сжимающие нагрузки могут повреждать продукт и/или упаковку.
Таким образом, существует потребность в саше для хранения твердого одноразового потребительского товара, где саше является биоразлагаемым и/или компостируемым в домашних условиях, обеспечивает приемлемый влагонепроницаемый барьер, может выдерживать сжимающие нагрузки до 20 фунтов на кв. дюйм (137,9 кПа), где потребительский продукт сохраняется пригодным для длительного хранения в течение по меньшей мере 18 месяцев, и который может быть переработан в системе бумажного репульпирования или может быть подвергнут органической переработке (например, посредством компостирования в домашних или промышленных условиях, при наличии такового).
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше, состоящее из передней и задней пленки, содержащей: (а) передний средний слой и задний средний слой, состоящий из бумаги, содержащий более 85% целлюлозы; (б) передний внутренний слой, соединенный с передним средним слоем, и задний внутренний слой, соединенный с задним средним слоем, причем передний внутренний слой и задний внутренний слой содержат материал внутреннего слоя, выбранный из группы, состоящей из поливинилового спирта, полибутиленсукцината, полибутиленсукцинатадипата, полигидроксиалконоата, поливинилиденхлорида, карнаубского воска, биоразлагаемого термопластичного крахмала и их комбинаций; причем передний внутренний слой и задний внутренний слой постоянно соединены по периметру и образуют непроницаемое соединение, это соединение образует отделение, адаптированное для хранения твердого изделия, содержащего пеноматериал с открытыми ячейками, включающего: от около 10% до около 40% от общей массы изделия водорастворимого полимера; от около 5% до около 80% от общей массы изделия поверхностно-активного вещества, выбранного из группы, состоящей из анионных поверхностно-активных веществ, катионных поверхностно-активных веществ, неионогенных поверхностно-активных веществ, амфотерных поверхностно-активных веществ, цвиттерионных поверхностно-активных веществ и их комбинаций; процентное содержание открытых ячеек от приблизительно 80% до 100%; общий средний размер пор от 100 мкм до 2000 мкм.
Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше, состоящее из передней и задней пленки, содержащей: (а) передний средний слой и задний средний слой из материала, выбранного из группы, состоящей из целлюлозы, ацетата целлюлозы, металлизированной целлюлозы, ацетата металлизированной целлюлозы и их комбинаций; (б) передний внутренний слой, соединенный с передним внешним слоем, и задний внутренний слой, соединенный с задним внешним слоем, причем передний внутренний слой и задний внутренний слой содержат материал, выбранный из группы, состоящей из поливинилового спирта, полибутиленсукцината, полибутиленсукцинатадипата, полигидроксиалконоата, карнаубского воска, биоразлагаемого термопластичного крахмала, поливинилиденхлорида и их комбинаций; причем передний внутренний слой и задний внутренний слой постоянно соединены по периметру и образуют непроницаемое соединение, это соединение образует отделение, адаптированное для хранения твердого изделия, содержащего пеноматериал с открытыми ячейками, включающий: от около 10% до около 40% от общей массы изделия водорастворимого полимера; от около 5% до около 80% от общей массы изделия поверхностно-активного вещества, выбранного из группы, состоящей из анионных поверхностно-активных веществ, катионных поверхностно-активных веществ, неионогенных поверхностно-активных веществ, амфотерных поверхностно-активных веществ, цвиттерионных поверхностно-активных веществ и их комбинаций; процентное содержание открытых ячеек от приблизительно 80% до 100%; общий средний размер пор от 100 мкм до 2000 мкм.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Хотя описание заканчивается формулой изобретения, в которой конкретно указан и определенным образом заявлен объект настоящего изобретения, можно полагать, что изобретение можно лучше понять из следующего описания, которое следует рассматривать вместе с прилагаемыми чертежами, причем:
На ФИГ. 1А представлен вид в перспективе саше;
На ФИГ. 1В представлен вид в поперечном сечении саше, выполненного вдоль линии секции 1В-1В на ФИГ. 1А;
На ФИГ. 1С представлен вид в поперечном сечении второго саше;
На ФИГ. 2А показано относительное влияние давления сжатия и относительной влажности на растворение волокнистого изделия;
На ФИГ. 2В показано относительное влияние давления сжатия и относительной влажности на растворение изделия из пеноматериала с открытыми ячейками;
На ФИГ. 3А представлена компьютерная микротомография части изделия из пеноматериала с открытыми ячейками;
На ФИГ. 3В представлена компьютерная микротомография части волокнистого изделия;
На ФИГ. 4 представлена схема нагрева/сушки на основе проводящей нижней части для изготовления гибкого пористого растворимого листа в периодическом процессе;
На ФИГ. 5 представлена схема нагрева/сушки на основе поворотного барабана для изготовления гибкого пористого растворимого листа в непрерывном процессе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые потребители могут пожелать хранить твердые изделия, содержащие активные компоненты для личной гигиены (например, шампунь, кондиционер, гель для душа и т.д.), и/или активные компоненты для стирки (например, моющее средство, мягчитель ткани и т.д.). Во-первых, твердые изделия могут иметь меньший вес по сравнению с аналогичной дозой традиционных жидких продуктов, которые обычно содержат по меньшей мере 80% воды. Во-вторых, твердые изделия могут обеспечивать стабильное дозирование, поскольку потребитель может точнее контролировать используемое количество. Например, он может легко использовать весь объем изделия или его часть, вместо того чтобы бессистемно наливать жидкий продукт из саше или бутылки. В-третьих, происходит значительно меньше потерь продукта в сравнении с дозированием жидкого продукта из бутылки или саше. Потребители на развивающихся рынках особенно расстраиваются из-за нерационального использования продукта, поскольку потребительские продукты, такие как шампунь, кондиционер и стирально-моющие средства, считаются роскошью. Кроме того, потребительские изделия в твердой форме могут обеспечивать полезные характеристики по сравнению с традиционными изделиями.
Кроме того, твердые изделия могут храниться в упаковке саше. Упаковка саше обычно используется для хранения небольших количеств потребительских продуктов, включая шампунь, кондиционер, гель для душа и стирально-моющие средства. Изделия в саше обеспечивают потребителям недорогие продукты для однократного использования. Многие потребители, регулярно использующие саше, не могут позволить себе купить, не могут транспортировать и/или не могут хранить большие контейнеры, которые обычно встречаются в развитых странах.
Саше, как правило, продаются в местных мелких магазинах, на лотках и в киосках, часто называемых «часто посещаемыми магазинами», из-за того, что покупатели посещают эти магазины многократно в течение одного дня или недели. Большинство таких магазинов являются минимальными, часто работают в доме владельца, маленькими (например, типичный часто посещаемый магазин в регионе Латинская Америка составляет лишь 250 квадратных футов) и не оснащены системами кондиционирования воздуха. Часто посещаемые магазины широко распространены в частях Латинской Америки, Азии, включая части Китая, Индии, Индонезии и Африки. Климат может быть жарким и влажным, а, следовательно, саше должно обеспечивать эффективный барьер для влаги с целью защиты изделия. Это важно, если изделие представляет собой твердое изделие, которое становится жидким при гидратации. Если саше имеет слишком высокое значение MVTR, то влажность может просачиваться в изделие, что приводит к тому, что липкое изделие может оставлять осадок после извлечения из саше.
Кроме того, владельцы часто посещаемых магазинов, как правило, хранят саше с потребительским товаром в сложенных в стопки коробках и подвешивают только несколько саше на потолок. Это означает, что изделия, хранящиеся в саше, подвергаются относительно высокой сжимающей нагрузке (до приблизительно 20 фунтов/кв. дюйм/137,9 кПа) во время транспортировки, обращения и хранения на полке магазина. Кроме того, потребители часто переносят изделия в саше в карманах или пакетах для покупок или даже сжимают саше на полке для хранения, что может привести к дополнительному повреждению изделия. Таким образом, саше должно защищать потребительское изделие от этой сжимающей нагрузки, особенно когда изделие представляет собой твердое вещество, имеющее пористую структуру, включая волокнистые структуры и пеноматериалы с открытыми ячейками. Если пористая структура подвергается слишком высокой сжимающей нагрузке, давление прессования необратимо уплотняет изделия. Это особенно актуально, когда изделие хранится в условиях высокой относительной влажности. Такое уплотнение затрудняет растворение изделия, делая его неудобным для использования и/или менее эффективным.
Саше позволяет хранить твердое изделие в среде до 90% относительной влажности и подвергаться сжимающей нагрузке до 20 фунтов на кв. дюйм (137,9 кПа). Изделие в саше может удовлетворять ускоренному испытанию стабильности и/или испытанию стабильности после периода 2 недель, 4 недель, 8 недель, 12 недель и/или 6 месяцев. После хранения изделия в саше в условиях ускоренного испытания на стабильность в течение 2 недель, 4 недель, 8 недель, 12 недель и/или 6 месяцев изделие может иметь значение при растворении вручную менее 15 движений, альтернативно менее 12 движений и альтернативно менее 10 движений.
Саше может иметь MVTR от около 0,01 до около 50 г/м2/сутки, альтернативно от около 0,05 до около 40 г/м2/сутки, альтернативно от около 0,1 до около 30 г/м2/сутки, альтернативно от около 0,2 до около 15 г/м2/сутки при 38°С/90% RH. В альтернативном варианте осуществления саше может иметь MVTR от около 10 до около 1000 г/м2/сутки, в альтернативном варианте осуществления от около 12 до около 800 г/м2/сутки при 38°С/90% RH. Саше может иметь MVTR менее 500 г/м2/сутки, альтернативно менее 400 г/м2/сутки и альтернативно менее 300 г/м2/сутки. MVTR измеряют в соответствии со способом испытания MVTR, описанным ниже. Если KIT больше или равно 6 в соответствии с тестом смазки, описанным ниже, то MVTR может быть выше. Если KIT меньше или равно 6 в соответствии с тестом смазки, описанным ниже, то MVTR может быть ниже.
Саше может иметь сопротивление разрыву менее 550 нМ в соответствии с D1922-15, метод Эльмендорфа, машинное направление разрыва.
Саше может иметь непроницаемое соединение с прочностью соединения от около 70 до около 700 Н/м, от около 750 до около 650 Н/м, альтернативно от около 300 до около 600 Н/м, альтернативно от около 300 до около 500 Н/м. Саше может иметь непроницаемое соединение с прочностью соединения, превышающей или равной 75 Н/м, альтернативно превышающей или равной 100 Н/м, и альтернативно превышающей или равной 150 Н/м. Саше может иметь прочность соединения менее 500 Н/м, альтернативно менее 400 Н/м и альтернативно менее 250 Н/м. Прочность соединения измеряют в соответствии с методом испытания средней прочности соединения, описанным ниже.
Определения
Используемый в настоящем документе термин «аэрировать», «аэрирование» или «аэрация» относится к способу введения газа в жидкую или пастообразную композицию механическими и/или химическими средствами.
Используемый в настоящем документе термин «регулируемая температура поверхности» относится к температуре поверхности, которая является относительно постоянной, т.е. с колебаниями менее +/-20%, альтернативно с колебаниями менее +/-10%, альтернативно с колебаниями менее +/-5%.
Используемый в настоящем документе термин «растворимый» относится к способности изделия полностью или существенным образом растворяться в достаточном количестве деионизированной воды при 20°С и при атмосферном давлении в течение 8 (восьми) часов без какого-либо перемешивания, оставляя менее 5% масс. нерастворенных остатков.
Используемый в настоящем документе термин «гибкий» относится к способности изделия выдерживать напряжение без разрушения или значительного разлома при сгибании под углом 90° вдоль центральной линии, перпендикулярной продольному направлению. Альтернативно такое изделие способно подвергаться значительной упругой деформации и характеризуется модулем Юнга не более 5 ГПа, альтернативно не более 1 ГПа, альтернативно не более 0,5 ГПа, наиболее альтернативно не более 0,2 ГПа.
Используемый в настоящем документе термин «направление нагрева» относится к направлению, по которому источник тепла прикладывает тепловую энергию к изделию, что приводит к возникновению в таком изделии температурного градиента, который уменьшается от одной стороны такого изделия к другой стороне. Например, если источник тепла, расположенный с одной стороны изделия, прикладывает тепловую энергию к указанному изделию для создания температурного градиента, уменьшающегося от указанной одной стороны к противоположной стороне, то считается, что направление нагрева проходит от указанной одной стороны к противоположной стороне. Если обе стороны такого изделия или различные части такого изделия нагревают одновременно без наблюдаемого температурного градиента в таком изделии, то нагревание осуществляется ненаправленным образом, и направление нагрева при этом отсутствует.
Используемый в данном документе термин «компостируемый в домашних условиях» относится к материалам, которые соответствуют уровням прохождения для ОК компостируемого НОМЕ OK-02е сертификации Австрия (2012).
Используемый в настоящем документе термин «соединенный» относится к конфигурациям, в которых первый элемент непосредственно прикреплен ко второму элементу. Соединенный также включает конфигурации, в которых первый элемент опосредованно прикреплен ко второму элементу.
Используемый в настоящем документе термин «включать», «включает» и «включающий» означает, что они не являются ограничивающими и подразумеваются как «содержать», «содержит» и «содержащий» соответственно.
Используемый в настоящем документе термин «молекулярная масса» или «Молекулярная масса» относится к средневесовой молекулярной массе, если не указано иное. Молекулярную массу измеряют с использованием стандартного способа, гель-проникающей хроматографии (ГПХ).
Используемый в настоящем документе термин «пеноматериал с открытыми ячейками» или «поровая структура с открытыми ячейками» относится к твердой взаимосвязанной, содержащей полимер матрице, которая образует сеть пространств или ячеек, содержащих газ, обычно газ (такой как воздух), причем в процессе сушки не происходит разрушения пеноструктуры, и таким образом поддерживается физическая прочность и связность твердого вещества. Взаимосвязанность структуры можно описать как процентное содержание открытых ячеек, которое измеряют с помощью описанного ниже теста 3.
Используемый в настоящем документе термин «постоянно соединенный» относится к конфигурациям, в которых первый элемент прикреплен ко второму элементу таким образом, что элементы обычно не могут быть отделены друг от друга без по меньшей мере частичного разрушения одного или обоих элементов.
Используемый в настоящем документе термин «биоразлагаемый» относится к материалам, которые соответствуют уровням прохождения для легкой и полной биоразлагаемости в соответствии с Руководством ОЭСР по испытанию химических веществ, метод 301 В: Выделение диоксида углерода (модифицированный тест Штурма) (принятый 17 июля 1992 г.).
Используемый в настоящем документе термин «пригодный для вторичной переработки» относится к использованной бумаге, в том числе внутризаводским и потребительским отходам и картону, которые могут быть переработаны в новую бумагу или картон с использованием процесса, определенного в Добровольном стандарте для репульпирования и повторной переработки гофрированного картона, обработанного для улучшения его характеристик в присутствии воды и водяного пара (16 августа 2013 г.). В некоторых примерах саше может быть пригодным для вторичной переработки.
Используемый в настоящем документе термин «твердый» относится к способности изделия по существу сохранять свою форму (т.е. без какого-либо видимого изменения своей формы) при 20°С и при атмосферном давлении, когда оно не ограничено в пространстве и когда к нему не приложено какое-либо внешнее усилие.
Используемый в настоящем документе термин «лист» относится к неволокнистой структуре, имеющей трехмерную форму, т.е. толщину, длину и ширину, причем и аспектное отношение длины к толщине, и аспектное отношение ширины к толщине составляет по меньшей мере около 5:1, а отношение длины к ширине составляет по меньшей мере около 1:1. Альтернативно, аспектное отношение длины к толщине и аспектное отношение ширины к толщине составляют по меньшей мере около 10:1, альтернативно по меньшей мере около 15:1, наиболее альтернативно по меньшей мере около 20:1; а аспектное отношение длины к ширине альтернативно составляет по меньшей мере около 1,2:1, альтернативно по меньшей мере около 1,5:1, наиболее альтернативно по меньшей мере около 1,618:1.
Используемый в настоящем документе термин «визуальное обнаружение» означает, что человек может визуально различать качество пробы невооруженным глазом (за исключением стандартных корректирующих линз, подобранных для компенсации близорукости, дальнозоркости или стигматизма, или другой остроты зрения с коррекцией) при освещении по меньшей мере равном освещению стандартной белой лампы накаливания в 100 Вт на расстоянии 1/3 метра.
Используемый в настоящем документе термин «водорастворимый» относится к способности материала пробы полностью растворяться или диспергироваться в воде, не оставляя видимых твердых веществ или не образуя визуально различимую отдельную фазу, когда по меньшей мере около 25 грамм, альтернативно, по меньшей мере около 50 грамм, альтернативно, по меньшей мере около 100 грамм, наиболее альтернативно, по меньшей мере около 200 грамм подобного материала помещают в один литр (1 л) деионизированной воды при 20°С и при атмосферном давлении при достаточном перемешивании.
Все процентные доли, части и соотношения основаны на общей массе композиций настоящего изобретения, если не указано иное. Все такие значения массы, относящиеся к перечисленным ингредиентам, основаны на концентрации активного вещества и, таким образом, не включают несущую среду или побочные продукты, которые могут быть включены в состав доступных в продаже материалов.
Если не указано иное, все концентрации компонента или композиции относятся к активной части данного компонента или композиции и исключают примеси, например остаточные растворители или побочные продукты, которые могут присутствовать в доступных в продаже источниках таких компонентов или композиций.
Следует понимать, что каждое максимальное числовое ограничение, встречающееся в данном описании, включает в себя каждое меньшее числовое ограничение, как если бы такие меньшие числовые ограничения были явным образом указаны в настоящем документе. Каждое минимальное числовое ограничение, встречающееся в данном описании, будет включать в себя каждое большее числовое ограничение, как если бы такие большие числовые ограничения были в прямой форме указаны в настоящем документе. Каждый числовой диапазон, встречающийся в настоящем описании, будет включать каждый более узкий числовой диапазон, который находится в пределах такого более широкого числового диапазона, как если бы все такие более узкие числовые диапазоны были явно указаны в настоящем документе.
Если указаны диапазоны количества, то их следует понимать как общее количество указанного ингредиента в композиции, или где в объем определения ингредиента входят более одного соединения, как общее количество всех ингредиентов, подходящих для этого определения, в композиции. Например, если композиция содержит от 1% до 5% жирного спирта, то композиция, содержащая 2% стеарилового спирта и 1% цетилового спирта и не содержащая другого жирного спирта, входит в объем этого определения.
Количество каждого конкретного ингредиента или их смесей, описанных ниже, может составлять до 100% (или 100%) общего количества ингредиента (ингредиентов) в композиции для личной гигиены.
Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше
Саше может представлять собой любое саше, подходящее для хранения твердых изделий, которое может обеспечивать эффективный барьер для влаги, устойчивость к сжатию и биоразлагаемость и/или компостируемость в домашних условиях. Саше может представлять собой пакет с прямоугольным дном, плоский пакет, пакет флоупак, пакет с крестообразно-склеенным дном, боковые складные бумажные пакеты, трехсторонний боковой герметичный пакет, четырехсторонний боковой герметичный пакет, пакет с устойчивым дном, стик-пакет или устойчивый пакет определенной формы. Саше могут быть соединены и могут продаваться в магазины, включая часто посещаемые магазины, в форме рулона с множеством саше, которые соединены встык, с перфорационными отверстиями между каждым саше, чтобы потребитель мог выбрать, сколько саше хочет приобрести, и оторвать их. В некоторых примерах перфорационные отверстия могут представлять собой зигзагообразную линию, где зигзагообразная перфорация облегчает открытие саше пользователем. Рулон саше может также иметь множество саше в ряд, которые разделены перфорационными отверстиями (т.е. многополосное саше с двумя, тремя, четырьмя или более полосами). Саше может иметь наглядную инструкцию по применению, напечатанную как минимум на одной поверхности.
На ФИГ. 1А представлен вид в перспективе саше 1 и в этом примере саше 1 представляет собой герметичное саше. Саше может быть изготовлено из передней пленки 10 с передним периметром 11 и задней пленки 20 с задним периметром 21. Передний периметр 11 и задний периметр 21 соединены друг с другом непроницаемым соединением 30. Соединение может быть либо необратимым (т.е. постоянно соединенным) или обратимым. В представленных примерах соединение является необратимым и получено посредством термического контактного соединения с использованием промышленного импульсного уплотнения. Прочность уплотнения может быть оптимизирована для выбранного уплотнительного материала на основании температуры уплотнения, времени и давления. Несмотря на то, что для стоимости предпочтительной является термическое соединение, возможны также другие способы сварки уплотнения, такие как ультразвуковая сварка, высокочастотная сварка, инфракрасная сварка и т.д. или адгезивное соединение, известное специалистам в данной области. Передняя пленка 10 и задняя пленка 20 могут быть изготовлены из любого биоразлагаемого и/или компостируемого в домашних условиях материала, который обеспечивает эффективный барьер для влаги и устойчивость к сжатию для твердого изделия. В некоторых примерах передняя пленка 10 и задняя пленка 20 могут быть пригодны для вторичной переработки.
Саше 1 может также содержать один или более отрывных надрезов 50. Чтобы открыть саше, пользователь надрывает саше у отрывного надреза. Пользователь может оторвать угол саше или разорвать все саше. Отрывной надрез 50 может иметь любой размер или форму, которые позволяют открывать саше 1 без использования ножниц или зубов. В одном примере отрывной надрез 50 может проходить к периметру саше. В другом примере отрывной надрез 50 может проходить через переднюю пленку 10 и заднюю пленку 20. В одном примере саше может включать в себя указания на отрыв, такие как стрелки или треугольные стрелки-указатели, которые направляют пользователя к месту отрыва. Отрывной надрез может проходить от приблизительно 15% до приблизительно 75% по сварному шву, альтернативно от приблизительно 25% до приблизительно 65%, альтернативно от приблизительно 40% до приблизительно 60%, и альтернативно от приблизительно 45% до приблизительно 55%.
Саше 1 может содержать область печати, которая находится на наружной поверхности или видна через нее. Печать может быть изготовлена с использованием стандартных технологий печати, таких как флексографическая, гравюрная или струйная печать. В некоторых примерах внешняя поверхность может включать поверхностное покрытие для целей защиты графического оформления от случайной влажности и/или матовые/глянцевые эффекты.
ФИГ. 1В представляет собой вид в поперечном сечении саше 1 вдоль линии секции 1В-1В. В одном примере переднюю пленку 10 и заднюю пленку 20 получают из многослойной структуры. Передняя пленка 10 и задняя пленка 20 могут быть изготовлены из той же многослойной структуры или разных многослойных структур.
Как показано на ФИГ. 1В, передняя пленка 10 может содержать передний внешний слой 12, передний средний слой 13 и передний внутренний слой 14. Передний внешний слой 12 соединен с первой стороной переднего среднего слоя 13 и переднего внутреннего слоя 14, соединенного со второй противоположной стороной переднего среднего слоя 13. Задняя пленка 20 может содержать задний внешний слой 22, задний средний слой 23 и задний внутренний слой 24. Передний внешний слой 22 соединен с первой стороной переднего среднего слоя 23, а передний внутренний слой 24 соединен со второй противоположной стороной переднего среднего слоя 23. Слои пленки могут быть соединены постоянно. Слои пленки могут быть соединены с использованием адгезива или без него. Передняя пленка 10 и задняя пленка 20, а конкретно - передний внутренний слой 14 и задний внутренний слой 24 могут быть постоянно соединены сварным швом 30 с образованием отделения 40, которое адаптировано для удержания твердого изделия 45. Ширина сварного шва может составлять от приблизительно 1 мм до приблизительно 10 мм, в альтернативном варианте осуществления от приблизительно 2 мм до приблизительно 7 мм, и в другом альтернативном варианте осуществления от приблизительно 3 мм до приблизительно 5 мм.
Саше может включать передний внешний слой 12 и задний внешний слой 22 может представлять собой поверхностное покрытие. Покрытие может улучшить поверхностные барьерные свойства саше, повысить долговечность нижележащего слоя (слоев) пленки, включающего в себя защиту печатной области, и/или обеспечить эстетическое финишное покрытие (например, матовое, глянцевое). В одном примере передний внешний слой 12 и задний внешний слой 22 могут содержать легко биоразлагаемый воск (например, пчелиный воск, воск жожоба, карнаубский воск). Передний и задний внешние слои могут представлять собой лак, лаковую пленку или слой, устойчивый к забрызгиванию. В некоторых примерах поверхностное покрытие изготовлено из нитроцеллюлозного лака, акрилового лака, лака на водной основе, реакционно-способного двухкомпонентного полиуретанового лака. Могут быть предпочтительны биоразлагаемые варианты. В некоторых примерах поверхностное покрытие изготовлено из натуральных восков, проходящих испытание на биоразложение OECD301B, таких как пчелиный воск, рапсовый воск, касторовый воск, канделильский воск, соевый воск, пальмовый воск или другой природный воск, при условии, что температура воздействия не превышает температуру плавления воска. В некоторых случаях некоторые воски на основе парафинового масла также могут пройти испытание OECD301B. Толщина внешнего слоя может влиять на способность к вторичному использованию и/или биоразложению саше, более тонкие поверхностные покрытия могут быть более легко биоразлагаемыми. В некоторых примерах каждый наружный слой представляет собой поверхностное покрытие и может иметь толщину от 0,1 мкм до 25 мкм, альтернативно ниже 10 мкм и альтернативно ниже 5 мкм.
Передний средний слой 13 и задний средний слой 23 могут содержать бумагу. Передний и задний средние слои также могут называться бумажными слоями или биоразлагаемыми полимерными слоями и могут образовывать внутреннюю поверхность и/или наружную поверхность саше. Бумага может содержать более 85% целлюлозы, альтернативно более 90% целлюлозы и альтернативно более 95% целлюлозы. Альтернативно, передний средний слой 13 и задний средний слой 23 могут содержать биоразлагаемую бумагу, которая также может быть переработана в текущих потоках переработки бумаги, причем бумага содержит целлюлозу в дополнение к добавкам, содержащим полимерные связующие вещества, агенты для проклеивания минеральных веществ, отбеливающие агенты, поверхностно-активные вещества и т.д. Добавки могут быть выбраны для обеспечения того, чтобы (а) бумага могла биоразлагаться при ненадлежащем размещении в окружающей среде и не вызывать каких-либо проблем экоксичности, и/или (б) бумага может дезинтегрироваться в установке репульпирования на предприятии по переработке бумажных отходов и высвобождать максимальные волокна целлюлозы для изготовления переработанной бумаги.
Передний средний слой и/или задний средний слой может содержать от около 50% до около 100% целлюлозных волокон, альтернативно от около 65% до около 98% целлюлозных волокон, альтернативно от около 75% до около 95 целлюлозных волокон. Передний и задний средние слои могут представлять собой самый толстый слой в передней и/или задней пленке, и, следовательно, упаковка саше, изготовленная из этих средних слоев, может иметь высокое содержание целлюлозы на биооснове по массе.
В некоторых примерах передний и задний средние слои могут содержать переработанный материал, исходный материал или их смесь. В некоторых примерах передний и/или задний средний слой может содержать более 80% по массе слоя переработанного материала, альтернативно более 85% по массе слоя переработанного материала, альтернативно более 90% по массе слоя переработанного материала и альтернативно более 95% по массе переработанного материала. В некоторых примерах саше может содержать более 10% по массе переработанного материала, альтернативно более 20% по массе, альтернативно более 30% по массе, альтернативно более 40% по массе переработанного материала, альтернативно более 50% по массе, альтернативно более 60% по массе, альтернативно более 70% по массе, альтернативно более 80% по массе переработанного материала.
Наличие переработанного материала можно определить с помощью визуального контроля упаковки. Например, производители, как правило, рекламируют использование переработанных материалов для демонстрации их экологически безопасного подхода к продукту. Для дальнейшего расширения этого примера некоторые производители могут использовать логотип, например, лист, вместе с фразой для указания использования переработанного материала в материале упаковки. Часто производители также могут указывать процент используемого переработанного материала, например, более 50 процентов, более 70 процентов и т.д. Визуальный осмотр может быть таким же простым, как использование человеческого глаза для проверки упаковок на наличие логотипов использования переработанного материала. Кроме того, или альтернативно, визуальная проверка может включать методы микроскопии, такие как оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия или другие подходящие методы, известные в данной области техники. Например, материал упаковки, содержащий переработанные бумажные волокна, может выглядеть иным образом под микроскопом благодаря наличию гораздо более широкого диапазона типов натуральных волокон, чем материал упаковки, содержащий 100% непереработанной бумаги. В качестве другого примера, под микроскопом, потенциально сканирующим электронным микроскопом, переработанные волокна в результате их обработки могут выглядеть более волокнистыми, чем их аналоги из исходных волокон.
В некоторых примерах для того, чтобы сделать бумажные слои (например, передний и задний средние слои) максимально плоскими по меньшей мере на одной стороне, и эта сторона впоследствии может быть покрыта смесью полимеров на водной основе с образованием смежного водорастворимого биоразлагаемого полимерного слоя. Бумага может быть сделана плоской посредством «проклеивания», что в отрасли означает, что она может быть покрыта водной суспензией полимера, содержащей различные неорганические наполнители, такие как глины, карбонат кальция, диоксид титана, метилцеллюлоза, диоксид кремния и т.д. Суспензия может быть высушена, а бумага каландрирована для получения более плоской поверхности, чем до высушивания, поскольку неорганические наполнители и связующие вещества высыхают и заполняют пористую шероховатую поверхность бумаги.
В альтернативном варианте осуществления бумага может быть глазирована с одной стороны в процессе производства бумаги посредством этапа механического разглаживания/прессования, который иногда включает нагревание в этом случае бумажные волокна сминаются и расплющиваются, чтобы повысить плотность поверхности бумаги и удалить пористость.
В некоторых случаях проклеивание и глазирование могут быть объединены для получения еще более гладкой поверхности во время производства бумаги, после чего ее покрывают водорастворимыми биоразлагаемыми полимерными слоями (например, передний и задний средние слои).
В других случаях можно использовать велень или глассиновую бумагу, или вощеную бумагу, которая уже является естественным образом очень плоской, - такая бумага изготовлена по технологии, которая в процессе производства повышает плотность бумажной структуры по всей ее толщине, и дополнительное проклеивание или глазирование не требуется. Примеры бумаги, приемлемой для изготовления биоразлагаемого и пригодного для вторичной переработки бумажного слоя, составляющего биоразлагаемый бумажный защитный слой слоистого материала, включают в себя бумагу Leine Nature® (граммаж 85 г/м2) компании Sappi®, глазированную бумагу, имеющую сертификацию «ОК Home Compost»; бумагу NiklaSelect V Natural Linen (99 г/м2) компании Birgl & Bergmeister, проклеенную только на одной стороне; бумагу PackPro® 7.0 (65 г/м2) от Birgl & Bergmeister, проклеенную на обоих сторонах; бумагу Axello производства BillerudKorsnas™ (в том числе бумагу Axello Tough White, 80 г/м2), которая была разработана более жесткой, чем многие другие сорта бумаги, и поэтому может иметь некоторые преимущества в распределительной цепи; бумагу SCO Glassine® (58 г/м2) производства SCG/Prepack. Как показано в Таблице 1 ниже, эти сорта бумаги соответствуют протоколам переработки бумаги Университета Западного Мичигана, США, и Института PTS в Германии. Эти виды бумаги также проходят испытание на биоразложение OECD 301В.
Другие приемлемые сорта бумаги могут включать бумагу, специально полученную для последующей декоративной металлизации, такую как Nikkalett Spezial TD (60 г/м2) компании Birgl & Bergmeister.
Передний внутренний слой 14 и задний внутренний слой 24 могут содержать полимерный слой, включающий водорастворимый или нерастворимый в воде полимерный слой. Передний и задний внутренние слои также могут называться биоразлагаемым полимерным слоем или полимерным слоем. В некоторых примерах передний внутренний слой 14 и задний внутренний слой 24 могут содержать ПВС (поливиниловый спирт), ПБС (полибутиленсукцинат), ПБСА (полибутиленсукцинатадипат), ПГА (полигидроксиалконоат), ПВДХ (поливинилиденхлорид), карнаубский воск и/или легко биоразлагаемый TPS (термопластичный крахмал, такой как Novamont™ Mater-BI®). Полимерный слой может включать в себя сополимеры или производные, приемлемые для использования в качестве водорастворимых полимерных слоев, выбранных из поливинилового спирта (ПВС), сополимеров поливинилового спирта, таких как сополимер бутендиола и поливинилового спирта (BVOH), которые получают путем сополимеризации бутендиола с винилацетатом, с последующим гидролизом винилацетата, приемлемые мономеры бутендиола выбирают из 3,4 диол-1-бутена, 3,4-диацилокси-1-бутенов, 3-ацилокси-4-ол-1-бутенов, 4-ацилокси-3-ол-1-бутенов и т.п.; поливинилпирролидона; полиалкиленоксидов, таких как полиэтиленоксиды или полиэтиленгликоли (ПЭГ); поли(метакриловой кислоты), полиакриловых кислот, полиакрилатов, сополимеров акрилата, сополимеров малеиновой/акриловой кислоты; полиакриламидов; поли(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновая кислоты (полиАМРS); полиамидов, поли-N-винилацетамида (PNVA); поликарбоновых кислот и солей; производных целлюлозы, таких как простые эфиры целлюлозы, метилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза; гидроксипропилметилцеллюлозу; натуральных камедей, таких как ксантан и каррагинан; альгинатов натрия; мальтодекстрина, низкомолекулярного декстрина; сахаров; полисахаридов; полиаминокислот или пептидов; белков, таких как казеин и/или казеинат (например, таких как коммерциализированные Lactips). В некоторых примерах передний и задний внутренние слои могут включать водорастворимые биоразлагаемые полимеры, выбранные из группы, состоящей из поливинилового спирта, полиэтиленоксида, метилцеллюлозы, альгината натрия и их комбинаций.
В областях применения, где желателен «не содержащий пластика» продукт, основная часть переднего и заднего средних слоев может представлять собой водорастворимый полимер природного происхождения, такой как альгинат натрия.
Внутренние слои могут включать по меньшей мере 60% биоразлагаемого, водорастворимого полимера, альтернативно по меньшей мере 70% и альтернативно по меньшей мере 80%). Полимер может иметь среднюю молекулярную массу (от около 1000 Да до около 1000000 Да или любое целое число от около 1000 Да до около 1000000 Да, или любой диапазон, образованный любым из предшествующих значений, например, от около 10000 Да до около 300000 Да, от около 20000 Да до около 150000 Да и т.д. Более конкретно, поливиниловый спирт может иметь молекулярную массу в диапазоне от 30000 до 150000 Да. Полиэтиленоксид может иметь молекулярную массу в диапазоне от 50000 Да до 400000 Да. Метилцеллюлозы могут иметь молекулярную массу в диапазоне от 10000 Да до 100000 Да. Если используется гомополимерный поливиниловый спирт, степень гидролиза может составлять 70-100% или любое целое число для процентного содержания от 70% до 100% или любой диапазон, образованный любым из этих значений, например, 80-100%, 85-100%, 90-100%, 95-100%, 98-100%, 99-100%, 85-99%, 90-99%, 95-99%, 98-99%, 80-98%, 85-98%, 90-98%, 95-98%, 80-95%, 85-95%, 90-95% и т.д. В некоторых примерах биоразлагаемый полимерный слой, используемый в качестве ламинирующего слоя между биоразлагаемым бумажным слоем и слоем биоразлагаемого праймера, является водорастворимым, поскольку может быть сформирован более тонкий и плоский биоразлагаемый полимерный слой, чем если бы биоразлагаемый полимерный слой был нанесен посредством экструзии на поверхность биоразлагаемого и перерабатываемого бумажного слоя (например, передний и задний средний слой). В некоторых вариантах осуществления биоразлагаемый полимерный слой может быть использован в качестве слоя слоистого материала между биоразлагаемым и перерабатываемым бумажным слоем, а слой биоразлагаемого праймера является растворимым, поскольку это увеличивает скорость, с которой эти два слоя могут быть разделены в типичной установке репульпирования бумаги, и, следовательно, увеличивает вероятность переработки всей структуры в типичном потоке переработки бумаги. В некоторых вариантах осуществления биоразлагаемый полимерный слой можно использовать в качестве слоя слоистого материала между биоразлагаемым и перерабатываемым бумажным слоем, а слой биоразлагаемого праймера растворим и уложен из водорастворимой композиции, поскольку такой биоразлагаемый полимерный слой будет очень плоским (чтобы способствовать максимизации защитных свойств всей структуры), а также его растворимая природа сведет к минимуму время разрушения бумаги в типичном потоке репульпирования бумаги.
Биоразлагаемые полимерные слои, которые являются водорастворимыми, могут содержать дополнительные ингредиенты, такие как вещества для улучшения распадаемости, пластификаторы, поверхностно-активные вещества, смазочные вещества/агенты высвобождения, наполнители, удлинители, агенты, препятствующие слипанию, агенты для уменьшения вязкости, противовспенивающие вещества или другие функциональные ингредиенты. Для определенных сфер применения может потребоваться, чтобы биоразлагаемые полимерные слои, которые являются водорастворимыми, содержали вещества для улучшения распадаемости, чтобы повысить скорость растворения в воде. Приемлемые вещества для улучшения распадаемости представляют собой, без ограничений, кукурузный/картофельный крахмал, метилцеллюлозы, порошки минеральной глины, кросскармеллозу (поперечно-сшитую целлюлозу), кросповидон (поперечно-сшитый поливинил N-пирролидон или ПВП), натрия крахмала гликолят (поперечно-сшитый крахмал). Водорастворимые полимерные слои могут содержать от 0,1% до 15%, а альтернативно от около 1% до около 15% от массы веществ для улучшения распадаемости. В некоторых примерах биоразлагаемые полимерные слои, которые являются водорастворимыми, могут содержать водорастворимые пластификаторы. Водорастворимый пластификатор может быть выбран из полиолов, сахарных спиртов и их смесей. Приемлемые полиолы могут включать полиолы, выбранные из группы, состоящей из глицерина, диглицерина, этиленгликоля, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля, тетраэтиленгликоля, полиэтилен гликоля до 400 Да молекулярной массы, неопентилгликоля, 1,2-пропиленгликоля, 1,3-пропандиола, дипропиленгликоля, полипропиленгликоля, 2-метил-1,3-пропандиола, метиленгликоля, триметилолпропана, гексиленгликоля, неопентилгликоля и полиэфир-полиолов, или их смеси. Приемлемые сахарные спирты включают сахарные спирты, выбранные из группы, состоящей из изомальта, мальтита, сорбита, ксилита, эритрита, адонита, дульцитола, пентаэритрита и маннита, или их смеси. В некоторых случаях пластификатор может быть выбран из следующего списка: этаноламин, алкилцитрат, изосорбид, пентаэритрит, глюкозамин, N-метилглюкамин или куменсульфонат натрия. Менее подвижные пластификаторы, такие как сорбит или полиэтиленоксид, могут способствовать образованию водорастворимых полимерных слоев с лучшими защитными свойствами, чем водорастворимые полимерные слои, включая более подвижный пластификатор, такой как глицерин. В некоторых случаях, когда существует потребность в использовании как можно большего количества материалов природного происхождения, могут также использоваться следующие пластификаторы: растительное масло, полисорбит, диметикон, минеральное масло, парафин, C1-C3 спирты, диметилсульфоксид, N,N-диметилацетамид, сахарозу, кукурузный сироп, фруктозу, диоктилсульфосукцинат натрия, триэтилцитрат, трибутилцитрат, 1,2-пропиленгликоль, моно, ди- или триацетаты глицерина, натуральные камеди, цитраты и их смеси. Водорастворимые пластификаторы могут быть выбраны из глицерина, 1,2-пропандиола, 20 дипропиленгликоля, 2-метил-1,3-пропандиола, триметилолпропана, триэтиленгликоля, полиэтиленгликоля, сорбита или их смеси. В некоторых примерах водорастворимые пластификаторы могут быть выбраны из глицерина, сорбита, триметилолпропана, дипропиленгликоля и их смесей. Водорастворимые полимерные слои могут содержать от 5% до 50%, альтернативно от 10% до 40% и альтернативно от около 12% до около 30% по массе пластификаторов. В некоторых примерах биоразлагаемые полимерные слои могут содержать поверхностно-активное вещество. Приемлемые поверхностно-активные вещества могут относиться к неионогенным, катионным, анионным или цвиттерионным классам. Приемлемые ПАВ включают в себя, без ограничений, полоксамеры (полиоксиэтилированные полиоксипропиленгликоли), этоксилаты спиртов, алкилфенолэтоксилаты, третичные ацетиленовые гликоли и алканоламиды (неионогенные), полиоксиэтилированные амины, четвертичные аммониевые соли и кватернизованные полиоксиэтилированные амины (катионные), а также оксиды аминов, N-алкилбетаины и сульфобетаины (цвиттерионные). Другие приемлемые ПАВ включают в себя диоктилсульфосукцинат натрия, лактилированные жирнокислые сложные эфиры глицерина и пропиленгликоля, лактиловые сложные эфиры жирных кислот, алкилсульфаты натрия, полисорбат 20, полисорбат 60, полисорбат 65, полисорбат 80, лецитин, ацетилированные глицериновые и пропиленгликолевые эфиры жирных кислот и ацетилированные сложные эфиры 5 жирных кислот, а также их комбинации. Водорастворимые полимерные слои могут включать от 0,1% до 2,5%, альтернативно от около 1% до около 2% по массе поверхностио-активных веществ. В некоторых примерах биоразлагаемые полимерные слои в соответствии с данным описанием могут включать в себя смазочные/высвобождающие агенты. Приемлемые смазочные/высвобождающие агенты могут включать в себя, без ограничений, жирные кислоты и их соли, жирные спирты, сложные жирные эфиры, жирные амины, жирные аминоацетаты, жирные амиды и их комбинации. В некоторых примерах смазочные/высвобождающие агенты могут представлять собой жирные кислоты, соли жирных кислот, ацетаты жирных аминов и их смеси. Водорастворимые полимерные слои могут содержать от 0,02% до 1,5%, альтернативно от около 0,1% до около 1% по массе смазочных/высвобождающих агентов. Биоразлагаемые полимерные слои могут содержать наполнители, удлинители, агенты, препятствующие слипанию, агенты для уменьшения вязкости. Приемлемые наполнители, удлинители, агенты, препятствующие слипанию, агенты для уменьшения вязкости включают в себя, без ограничений, крахмалы, модифицированные крахмалы, сшитый поливинилпирролидон, сшитую целлюлозу, микрокристаллическую целлюлозу, диоксид кремния, оксиды металлов, карбонат кальция, тальк, слюду и их комбинации. В некоторых примерах биоразлагаемые полимерные слои могут содержать от 0,1% до 25%, альтернативно от около 1% до около 15% по массе наполнителей, удлинителей, агентов, препятствующих слипанию, агентов для уменьшения вязкости. В отсутствие крахмала биоразлагаемые полимерные слои могут содержать от 1% до 5% по массе наполнителей, удлинителей, агентов для уменьшения вязкости. В некоторых примерах водорастворимые биоразлагаемые полимерные слои, которые являются водорастворимыми, могут содержать противовспенивающие средства. Подходящие противовспенивающие средства могут включать, без ограничений, полидиметилсилоксаны и углеводородные смеси. Водорастворимые полимерные слои могут содержать от 0,001% до 0,5%, в альтернативном варианте осуществления от около 0,01% до около 0,1% по массе противовспенивающих средств. Биоразлагаемые бумажные барьерные ламинаты, в которых по меньшей мере один из биоразлагаемых полимерных защитных слоев слоистого материала может быть изготовлен из водорастворимого полимера в соответствии с изобретением, может содержать остаточную влагу в водорастворимом слое в зависимости от гигроскопичности и изотермы слоистых компонентов при заданных условиях температуры и влажности, измеренных титрованием по Карлу Фишеру. Например, водорастворимые слои поливинилового спирта в слоистом материале могут содержать около 4-8% остаточной влаги при 23°С и относительной влажности 50%.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из биоразлагаемых передних внутренних слоев 14 и задний внутренний слой 24 может быть изготовлен из водорастворимого полимера. Эти материалы обычно называют «биопластиком», а также биоразлагаемыми полимерами. Такой биоразлагаемый полимерный слой может быть приемлемым для образования слоя слоистого материала между биоразлагаемым и перерабатываемым бумажным слоем и слоем биоразлагаемого праймера - и/или может быть использован для образования термоуплотнительного слоя биоразлагаемого и перерабатываемого бумажного защитного слоя слоистого материала.
В одном случае биоразлагаемые алифатические полиэфиры и сополиэфиры могут быть получены с помощью крупномасштабной бактериальной ферментации. В совокупности называемые полигидроксиалканоатами, также известными как «РНА», эти полимеры можно синтезировать из растений или бактерий, растущих на конкретном питательном субстрате, таком как глюкоза, в установке ферментации. Во многих случаях структурные или механические свойства РНА могут быть адаптированы для соответствия спецификациям требуемого конечного продукта. РНА и их сополимеры могут разлагаться как аэробно, так и анаэробно. Это делает их особенно хорошо подходящими для компостирования или быстрого и полного разложения в окружающей среде. Такие биопластики часто продаются в форме, в которой пластик суспендирован в водных эмульсиях и может высушиваться в пленки на различных подложках, хотя они также могут продаваться в форме гранул для экструзии в пленки и покрытия. РНА может быть получен в виде дисперсионных покрытий сополимера. Danimer Scientific, Inc. производит поли(бета-гидроксиалканоат), поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксигексаноат) NODAX™) и Kaneka производит поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксигексаноат). Не имеющие ограничительного характера примеры сополимеров РНА включают описанные в патенте США Пат. №5,498,692. Другие сополимеры РНА могут быть синтезированы способами, известными специалисту в данной области, такими как, например, микроорганизмы, полимеризация с раскрытием кольца бета-лактонов, дегидратационная поликонденсация гидроксиалкановой кислоты и деалкоголизация-поликонденсация алкилового эфира гидроксиалканоевой кислоты, как описано в Volova, «Пластиковые материалы полигидроксиалканоаты 21-го» века: производство, свойства и применение, Nova Science Publishers, Inc., (2004), включенном в настоящий документ путем ссылки.
Другие возможные биоразлагаемые водорастворимые полимеры могут включать биоразлагаемый термопластичный материал, выбранный из группы, состоящей из алифатических ароматических полиэфиров (например, ECOFLEX® производства BASF), термопластичных крахмалов (например, MATER-BI производства Novamont или PLANTIC® производства Plantic/Kuraray), полибутиленсукцината (ПБС), полибутиленсукцината адипата (ПБСА) и их сополимеров (например, BIONOLLE® производства ShoWa High polymer Co. или PBSA производства Mitsubishi Chemicals) и их смесей. Хотя эти полимеры обычно не продаются в настоящее время в водорастворимой форме, возможно, что такие формы могут быть разработаны в будущем.
В некоторых примерах биоразлагаемый полимерный слой, используемый в качестве слоистого слоя между биоразлагаемым бумажным слоем и слоем биоразлагаемого праймера, может быть водорастворимым, поскольку может быть сформирован более тонкий и более плоский биоразлагаемый полимерный слой, чем если бы биоразлагаемый полимерный слой был нанесен посредством экструзии на поверхность биоразлагаемого бумажного слоя. В некоторых примерах биоразлагаемый полимерный слой может быть использован в качестве слоя слоистого материала между биоразлагаемым и перерабатываемым бумажным слоем, а слой биоразлагаем ого праймера может быть растворимым, поскольку это увеличивает скорость, при которой эти два слоя могут быть разделены в типичной установке репульпирования бумаги, и, следовательно, увеличивает вероятность переработки всей структуры в типичном потоке переработки бумаги.
В некоторых примерах биоразлагаемый адгезивный слой может прикреплять уже сформированную биоразлагаемую пленку к остальной части слоистой структуры. Такой адгезив может представлять собой биоразлагаемую адгезивную композицию на основе раствора или растворителя. Не имеющие ограничительного характера примеры биоразлагаемого адгезивного слоя могут включать биоразлагаемые поливинилацетаты, крахмалы, мальтодекстрины, натуральные воски, искусственные воски и смеси полиэфира и полиполиуретана. В некоторых вариантах осуществления биоразлагаемый адгезивный слой может быть коммерчески доступным от компании BASF, такой как Epotal 3675 или Epotal 3702 или Epotal Р100ЕСО, которые являются как биоразлагаемыми, так и компостируемыми. В других вариантах осуществления адгезивом может быть BioTAK® производства Berkshire Labels; или термопластичный адгезив Bostik 43298 Thermogrip.Растворимый адгезив может иметь преимущества для улучшения пригодности к переработке в типичной системе репульпирования бумаги, поскольку он может ускорять разрушение защитной структуры бумаги, что приведет к тому, что они будут иметь аналогичные преимущества для процесса биоразложения.
Саше 1 в соответствии с настоящим изобретением может быть непрозрачным или полупрозрачным в зависимости от выбора материала. Саше 1 может содержать печатную область. Область печати может быть изготовлена с использованием стандартных методик, таких как флексографическая, гравюрная или струйная печать. Товарный знак и/или другая информация на упаковке, связанная с продуктом внутри упаковки, может быть нанесена на одну из поверхностей саше. В некоторых вариантах осуществления область печати может быть нанесена на наружную поверхность среднего слоя. Торговые марки могут включать логотипы, торговые названия, товарные знаки, значки и т.п., связанные с продуктом внутри упаковки. Торговые марки могут использоваться для информирования потребителя о продукте в упаковке. Информация на упаковке может включать в себя размер продукта, количество продуктов в упаковке, иллюстративное изображение продуктов, содержащихся в упаковке, логотипы переработки и т.п., связанные с продуктами внутри упаковки. Во всех аспектах изобретения нанесенные краски могут быть либо на основе растворителя, либо на водной основе, а пигменты внутри чернил могут быть органическими или неорганическими или комбинацией обоих. В некоторых вариантах осуществления краска обладает высокой стойкостью к истиранию. Например, краска с высокой стойкостью к истиранию может включать покрытия, отверждаемые ультрафиолетовым излучением (УФ) или электронными лучами (ЕВ). В некоторых вариантах осуществления любые органические пигменты в красках получают из источника нефти. В некоторых вариантах осуществления любые органические пигменты в красках получают из возобновляемого ресурса, такого как соя, растение. В некоторых вариантах осуществления любые органические пигменты внутри краски также будут биоразлагаемыми, если пигмент является органическим и выполнен с возможностью биоразложения. В других вариантах осуществления любые неорганические пигменты в чернилах будут изготовлены из неорганического оксида металла, который безопасно диспергируется и не вреден для окружающей среды в используемых количествах, даже если сам по себе не является биоразлагаемым. Не имеющие ограничительного характера примеры чернил, которые не являются биоразлагаемыми, но не ингибируют биоразложение и могут безопасно диспергироваться во время биоразложения, включают ECO-SUREITM производства Gans Ink & Supply Co., а также краски VUTEk® и BioVu™ производства EFI на основе растворителя, полученные полностью из возобновляемых ресурсов (например, кукурузы). Другие включают SunVisto® AquaGreen, SunSpectro® (Aquatene) производства Sun Chemicals™; и также INXhrc™ и GENESIS™ GS производства Sakata Inc. В частности, биоразлагаемые краски не ограничены, и они могут, например, представлять собой краски из регенерированного растительного масла, соевого масла и т.п. Краску из соевого масла получают путем замены всей или части растворителя на нефтяной основе и высыхающего масла в обычных чернилах на соевое масло, которое является предпочтительным, поскольку позволяет краске легко отделяться от бумаги и разлагаться в почве. Краску из соевого масла можно приобрести в продаже, например, от TOYO INK MFG. CO. LTD или TOPPAN PRINTING CO., LTD. Другой потенциальной биоразлагаемой краской является Blue Iris производства Sun Chemicals™. Краска присутствует в толщине от около 0,5 мкм до около 20 мкм, альтернативно от около 1 мкм до около 10 мкм и альтернативно от около 2,5 мкм до около 3,5 мкм. Биоразлагаемый слоистый материал по настоящему изобретению может содержать краски и/или красители для обеспечения цвета фона на упаковках настоящего описания. Для дополнительного пояснения цвета фона следует отметить, что бумажные слои содержат основной цвет. Основной цвет слоя бумаги представляет собой цвет упаковки без чернил или красителей. Например, отбеленная бумага имеет белый цвет, неотбеленная имеет коричневый цвет, бумага на основе растительного сырья имеет зеленый цвет, а бумага, которая включает материалы вторичной переработки, имеет серый цвет. Цвет фона представляет собой любой цвет, который не является основным цветом, например синий, красный, зеленый, желтый, пурпурный, оранжевый, черный или их комбинации. Однако цвет фона также может включать в себя белый, коричневый или серый, если цвет достигается посредством использования краски и/или красителей. Для уменьшения использования краски/красителей для использования в пользу процесса переработки можно использовать естественный цвет бумажного слоя. Например, краски/красители могут быть использованы для определения цвета фона обращенной только к потребителю панели, тогда как естественный цвет бумажного слоя будет использоваться в качестве цвета фона для других панелей гибкой упаковки.
Передний внешний слой 12 и задний внешний слой 22 могут иметь толщину от приблизительно 5 мкм до приблизительно 50 мкм, в альтернативном варианте осуществления от приблизительно 10 мкм до приблизительно 40 мкм, и в альтернативном варианте осуществления толщину от приблизительно 20 мкм до приблизительно 30 мкм. Передний средний слой 13 и задний средний слой 23 могут составлять от приблизительно 30 до приблизительно 120 г/м2, альтернативно от приблизительно 40 до приблизительно 110 г/м2, альтернативно от приблизительно 50 до приблизительно 100 г/м2, и альтернативно от приблизительно 60 до приблизительно 90 г/м2. Передний внутренний слой 14 и задний внутренний слой 24 могут иметь толщину от около 1 мкм до около 150 мкм, альтернативно от около 2 мкм до около 100 мкм, альтернативно от около 3 мкм до около 40 мкм, альтернативно от около 5 мкм до около 35 мкм и альтернативно от около 10 мкм до около 30 мкм.
На ФИГ. 1С представлен вид в поперечном сечении саше 1', этот вид аналогичен ФИГ. 1 В, который выполнен вдоль линии 1В-1В. Саше 1' будет выглядеть таким же образом, как вид в перспективе саше 1 на ФИГ. 1А. В этом примере передняя пленка 10' и задняя пленка 20' изготовлены из многослойной структуры, которая может содержать два слоя. Передняя пленка 10' и задняя пленка 20', а конкретно - передний внутренний слой 14' и задний внутренний слой 24', могут быть постоянно соединены сварным швом 30' с образованием отделения 40, которое адаптировано для хранения твердого изделия 45'.
В этом примере передняя пленка 10' может содержать передний внешний слой 12' и передний внутренний слой 14', и задняя пленка 20' может содержать задний внешний слой 22' и задний внутренний слой 24'. В одном примере передний внешний слой 12' и задний внешний слой 22' могут содержать целлюлозу, ацетат целлюлозы или металлизированную целлюлозу, или металлизированный ацетат целлюлозы, а передний внутренний слой 14' и задний внутренний слой 24' могут содержать ПВС, ПБС, ПБСА, РНА, карнаубский воск, биоразлагаемый TPS и/или ПВДХ (поливинилиденхлорид). В одном примере передний внешний слой 12' и задний внешний слой 22' содержат целлюлозу, а передний внутренний слой 14' и задний внутренний слой 24' содержат металлизированный ПБСА. В одном варианте осуществления передний внешний слой 12' и задний внешний слой 22' содержат металлизированную целлюлозу, и передний внутренний слой 14' и задний внутренний слой 24' содержат ПБСА. Саше 1' может содержать биоразлагаемый адгезивный слой между внешним и внутренним слоями, аналогичный описанному для саше 1.
Саше 1' может быть либо непрозрачным, либо полупрозрачным, либо прозрачным в зависимости от выбранного типа целлюлозы. Например, целлюлоза может быть прозрачной, имеющей металлическое финишное покрытие, полупрозрачное матовое или белое. Саше 1 может содержать печатную область. Область печати может быть изготовлена с использованием стандартных методик, таких как флексографическая, гравюрная или струйная печать. Товарный знак и/или другая информация на упаковке, связанная с продуктом внутри упаковки, может быть нанесена на одну из поверхностей саше. В некоторых вариантах осуществления печать наносится на прозрачный или полупрозрачный наружный слой целлюлозы на поверхности, обращенной к внутренним слоям. Такая конструкция особенно полезна для защиты печати от воздействия окружающей среды или любого повреждения от обработки. В других вариантах осуществления печать наносится непосредственно на внешние слои. Нанесение и тип краски аналогичны уже описанным для саше 1.
Передний внешний слой 12' и задний внешний слой 22' могут иметь толщину от приблизительно 5 мкм до приблизительно 50 мкм, альтернативно от приблизительно 10 мкм до около 30 мкм и альтернативно от приблизительно 15 мкм до приблизительно 25 мкм. Передний внутренний слой 14' и задний внутренний слой 24' могут иметь толщину от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 100 мкм, в альтернативном варианте осуществления от 1 мкм до приблизительно 30 мкм, и в альтернативном варианте осуществления толщину от приблизительно 1 мкм до приблизительно 5 мкм. В альтернативном варианте осуществления передний внутренний слой 14' и задний внутренний слой 24' могут иметь толщину от около 1 мкм до около 50 мкм, альтернативно от около 3 мкм до около 40 мкм, альтернативно от около 5 мкм до около 35 мкм и альтернативно от около 10 мкм до около 30 мкм.
В некоторых вариантах осуществления могут существовать дополнительные неорганические защитные слои для снижения проницаемости для влаги всей структуры. Неорганические защитные слои могут быть расположены в любой подходящей части передней и или задней пленки, включая, без ограничений, внутреннюю поверхность, наружную поверхность, смежную с бумажным слоем, смежную с полимерным слоем и т.д. Приемлемые неорганические покрытия могут быть образованы путем осаждения из паровой фазы металлов, включая, без ограничений, алюминий, магний, титан, олово, индий, кремний, углерод, золото, серебро, хром, цинк, медь, церий, гафний, танталум и ромбовидный углерод. В некоторых вариантах осуществления приемлемые неорганические покрытия могут быть образованы путем осаждения из паровой фазы металлов, нитридов металлов и связанных соединений. В настоящем документе оксиды металлов включают оксиды алюминия (например, Al2O3), карбид алюминия, нитрид алюминия, оксид магния, оксиды титана (например, диоксид титана, титана(3) оксид или монооксид титана), оксид цинка, оксид олова, оксид иттрия или оксиды циркония (например, монооксид циркония), оксид кальция, оксид бора или оксиды металлоидов, такие как оксиды кремния, оксикарбиды кремния и нитриды кремния. Покрытия на основе оксида кремния или нитрида также могут быть выбраны из группы, состоящей из SiOX (где х представляет собой целое число 1-4) или SiOXNY (где каждый из х и у представляет собой целое число 1-3). Защитный слой может представлять собой слой однокомпонентного осаждения из паровой фазы, содержащий по меньшей мере один, выбранный из группы выше, или слой двухкомпонентного осаждения из паровой фазы, содержащий по меньшей мере одну комбинацию из двух компонентов, выбранных из группы, состоящей из SiOx/Al2O3, SiO/ZnO, SiO/CaO, SiO/B2O3 и CaO/Ca(OH)2. Слой неорганического защитного покрытия может иметь толщину 5-1000 нм, альтернативно 20-500 нм и альтернативно 50-200 нм.
В некоторых примерах также может использоваться слой биоразлагаемого праймера вместе с неорганическим защитным слоем. Роль слоя биоразлагаемого праймера заключается в уплощении поверхности конструкции на основе бумаги, которая будет покрыта праймером, насколько это возможно, перед нанесением на него неорганического защитного слоя. Таким образом, чем меньше значение гладкости, тем лучше защитные свойства. Он также должен быть приемлемым для того, чтобы неорганический защитный слой прикреплялся к нему как можно лучше, чтобы сформировать сильный интерфейс для обеспечения стабильности защитного слоя и предотвращения отслаивания неорганического защитного слоя от нижележащей структуры. В некоторых случаях такой слой праймера можно использовать только поверх неорганического защитного слоя, чтобы предотвратить механическое повреждение или окисление, и в этом случае его можно назвать защитным слоем. Для обеспечения дополнительной термостойкости для термического гистерезиса, часто возникающего во время осаждения из паровой фазы, также можно использовать праймер. Слой биоразлагаемого праймера также может называться биоразлагаемым лаком или биоразлагаемой лаковой пленкой в дополнение к защитному слою. Какое бы слово ни использовалось для описания этого слоя, цель остается неизменной. В некоторых вариантах осуществления праймер может представлять собой неорганический-органический гибридный полимер, такой как bio-ORMOCER® или ORMOCER®, разработанный The Fraunhofer Institute for Silicate Research в Вюрцбурге, Германия. Эти материалы представляют собой гибрид между стеклом и полимером, а точная химия этих материалов может быть оптимизирована для конкретных применений. Материалы ORMOCER® синтезируют с помощью процесса золь-гель, и они имеют сильные ковалентные связи между неорганическими и органическими фрагментами. Соотношение неорганических к органическим фрагментам может быть изменено для оптимизации свойств для конкретного применения. Контролируемый гидролиз и реакции конденсации органоалкоксисиланов и металлических алкоксидов продуцируют неорганическую сеть гибридного полимера ORMOCER®. Органическая сеть формируется посредством последующей полимеризации реакционноспособных органических групп, которые вводят посредством органоалкоксисиланов. Как правило, это включает эпоксидную полимеризацию или радикальную полимеризацию акрилатов или метакрилатов для небиоразлагаемого варианта. Образование органической сети и, следовательно, термоотверждение материала может быть индуцировано тепловым или УФ-излучением (например, Bio-ORMOCER®). Как правило, для получения bio-ORMOCER®, ORMOCER® модифицируют либо биоразлагаемым полимерным хитозаном, либо поликапролактоном, чтобы сделать биоразлагаемую версию, образуя биоразлагаемые функциональные группы для ковалентного связывания с неорганической сетью ORMOCER®. Чтобы гарантировать включение биоразлагаемых компонентов в гибридную полимерную сеть, некоторые из этих компонентов подвергают химической модификации. Например, производное поликапролактона может быть функционализировано триэтоксисилановыми группами, чтобы впоследствии обеспечить присоединение этих биоразлагаемых компонентов к неорганической сети посредством реакций гидролиза и конденсации. Для поликапролактона присоединение биоразлагаемых предшественников к органической сети гибридного материала было достигнуто путем функционализации эпоксидных групп. Реакционно-способные эпоксидные группы впоследствии участвовали в реакциях полимеризации для образования органической сети. Напротив, хитозан не требует модификации, поскольку он может связываться с органической сетью через некоторые из своих собственных аминогрупп. Производное хитозана, как правило, имеет тенденцию к более быстрому биоразложению. Производное поликапролактона было специально разработано с антибактериальным эффектом, активируемым влагой. Не имеющие ограничительного характера примеры ORMOCER® и bio-ORMOCER® включают те, которые описаны в патенте США Пат. №2011/0250441 А1 и патенте США Пат. №6709757 В2, в дополнение к немецким патентам DE-OS 3828098 и DE4303570. Альтернативные варианты осуществления неорганического-органического гибридного материала могут включать, без ограничений, лак ПВС производства Huber Group в Германии или лак шеллак. Можно ожидать, что оба этих альтернативных варианта также будут биоразлагаемыми. Как правило, любой слой праймера укладывается таким образом, чтобы получить конечную отвержденную толщину в диапазоне 0,5-20 мкм, альтернативно 2-10 мкм и альтернативно 1-5 мкм. Важно, чтобы этот слой был максимально тонким, чтобы сохранить хороший баланс между защитными свойствами неорганического защитного слоя, но также предотвратить проблемы в потоке переработки бумаги. Если слой праймера слишком толстый или слишком сложно разрушается, он может засорять фильтры в установке репульпирования бумаги или вызывать оптические дефекты в полученной переработанной бумаге.
Неожиданно было обнаружено, что если твердое изделие представляло собой изделие из пеноматериала с открытыми ячейками (OCF), такое как представленное в качестве примера изделие в Таблице 3 и описанное ниже, его можно хранить в биоразлагаемом и/или компостируемом в домашних условиях саше. Однако изделие, полученное из скрученного волокна, как описано в Таблице 2, и изготовленное в соответствии со способом, описанным в публикации США №2019/0282461, не может храниться в биоразлагаемом и/или компостируемом в домашних условиях саше.
1. Jaguar® C500, поставляемый компанией Solvay®
2. Mirapol® AM-T, поставляемый компанией Solvay®
3. Poval™ 3-80+3, PVA420H, поставляемый Kuraray®
4. Poval™ 32-80 (420H), PVA403, поставляемый компанией Kuraray®
5. Mackham® LHS, поставляемый компанией Solvay®
6. Y-14945 Amino Fluid, поставляемый компанией Momentive®
1. Jaguar® C500, поставляемый компанией Solvay®
2. Selvol™ Polyvinyl Alcohol 523, поставляемый компанией Sekisui Specialty Chemicals®
3. Miranol® Ultra L 32 E, поставляемый компанией Solvay®
На ФИГ. 2A и 2B показано относительное влияние давления сжатия и относительной влажности на растворение изделия, как определено в способе растворения вручную, описанном ниже, для Волокнистого изделия (Таблица 2) и Изделия OCF (таблица 3) соответственно. Изделия кондиционировали при 25°С без упаковки с заданной относительной влажностью (ОВ) в течение по меньшей мере 48 часов, затем подвергали воздействию заданной сжимающей нагрузки в течение 15 секунд, затем оставляли для восстановления в одних и тех же условиях ОВ в течение по меньшей мере 48 часов, а затем оценивали на внешний вид и растворение вручную в соответствии с испытанием на растворение вручную, описанным ниже. Изделие считали приемлемым для растворения вручную, если изделие требовало менее 15 движений для растворения. OCF и волокнистые изделия испытывали при следующих комбинациях относительной влажности: 20%, 40%, 60%, 80%, 90% и давление: 0, 20, 40, 60, 80 фунтов на кв. дюйм в общей сумме в 25 условиях. Для каждого условия тестировали три изделия. На ФИГ. 2А и 2В пунктирная линия 1 представляет типичное сжимающее напряжение, измеренное на саше во время распределения и использования потребителем.
Как показано на ФИГ. 2А, было обнаружено, что крученое волокно было неприемлемо для растворения вручную (15 движений или больше) для большинства комбинаций относительной влажности/давления, включая 20 фунтов на кв. дюйм (137,9 кПа) и относительную влажность 80%. Было обнаружено, что для волокнистых изделий даже небольшие количества сжимающей нагрузки при любой относительной влажности вызывают некоторый уровень необратимой деформации изделия.
Однако, как показано на ФИГ. 2В, пеноматериал с открытыми ячейками имел приемлемую растворимость вручную (менее 15 движений) для большей части комбинаций относительной влажности и давления, включая 20 фунтов на кв. дюйм (137,9 кПа) и относительную влажность 90%, где средняя растворимость вручную составляет приблизительно 7. Кроме того, было обнаружено, что при приложении сжимающих нагрузок изделия OCF полностью восстанавливают свою форму в условиях от 20 до 80% ОВ. Изделия OCF, хранящиеся при 90% ОВ, лишь частично восстанавливали свою первоначальную форму после сжатия, и, таким образом, медленнее растворялись, хотя были приемлемыми для потребителя.
Без стремления к ограничению какой-либо теорией считается, что структура изделия OCF может сделать его предпочтительным твердым изделием для хранения в биоразлагаемых и/или компостируемых в домашних условиях саше. На ФИГ. 3А представлена компьютерная микротомография части изделия OCF, а на ФИГ. 3В показана компьютерная микротомография части волокнистого изделия. Как показано на ФИГ. 3А, изделия OCF имеют относительно большой средний диаметр распорки (например, 30-50 мкм) относительно других твердых форм, таких как волокнистые изделия. Это повышает устойчивость изделия к влажности и даже влажным пальцам, обеспечивая при этом приемлемое для потребителя растворение. Кроме того, в отличие от изделий с кручеными волокнами, как показано на ФИГ. 3В, где отдельные волокна случайным образом укладываются друг на друга, на ФИГ. 3А показано, что распорки OCF организованы в виде одного цельного куска, причем каждая распорка непрерывно отталкивается в противоположных направлениях друг от друга.
Твердое изделие
Твердые изделия могут включать, без ограничений, изделия из пеноматериала с открытыми ячейками, как описано в патенте 8,349,786, 8,461,091, и 8,349,787 и публикации США №2012/0270029, и волокнистые изделия, как описано в публикации США №2012/052036, 2018/0333339 и 2019/0282461, заявке США №15/981,096, патенте США №9,545,364, включенных в настоящий документ путем ссылки.
Изделие из пеноматериала с открытыми ячейками (OCF)
Изделие OCF может представлять собой изделие, которое содержит гибкий пористый растворимый твердый лист. Изделие OCF может содержать водорастворимый полимер, в котором указанное твердое листовое изделие OCF может иметь
(i) толщину в диапазоне от около 0,5 мм до около 4 мм, альтернативно от около 0,6 мм до около 3,5 мм, альтернативно от около 0,7 мм до около 3 мм, альтернативно от около 0,8 мм до около 2 мм, альтернативно от около 1 мм до около 1,5 мм при измерении с помощью Теста 6, описанного ниже в настоящем документе; и
(ii) процентное содержание открытых ячеек от около 80% до 100%, альтернативно от около 85% до 100%, альтернативно от около 90% до 100% при измерении с помощью Теста 3, описанного ниже в настоящем документе; и
и (iii) общий средний размер пор от около 100 мкм до около 2000 мкм, альтернативно от около 150 мкм до около 1000 мкм, альтернативно от около 200 мкм до около 600 мкм при измерении методом компьютерной микротомографии, описанным в Тесте 2 ниже в настоящем документе;
где указанное твердое листовое изделие OCF имеет противоположные верхнюю и нижнюю поверхности, его верхняя поверхность может характеризоваться средним диаметром пор на поверхности более чем около 100 мкм, альтернативно более чем около 110 мкм, альтернативно более чем около 120 мкм, альтернативно более чем около 130 мкм, наиболее альтернативно более чем около 150 мкм при измерении методом РЭМ, описанным в Тесте 1 ниже в настоящем документе.
где указанное твердое листовое изделие OCF содержит верхнюю область смежно с верхней поверхностью, нижнюю область смежно с нижней поверхностью и среднюю область между ними; причем указанные верхняя, средняя и нижняя области имеют одинаковую толщину, и каждая из указанных верхней, средней и нижней областей характеризуется средним размером пор; и причем отношение среднего размера пор в указанной нижней области к среднему размеру пор в указанной верхней области составляет от около 0,6 до около 1,5, альтернативно от около 0,7 до около 1,4, альтернативно от около 0,8 до около 1,3, наиболее альтернативно от около 1 до около 1,2.
Более того, относительное стандартное отклонение (ОСО) между средними размерами пор в верхней, средней и нижней областях изделия может составлять не более 20%, альтернативно не более 15%, альтернативно не более 10%, наиболее альтернативно не более 5%.
Изделие может иметь среднюю толщину стенки ячейки от около 5 мкм до около 200 мкм, альтернативно от около 10 мкм до около 100 мкм, альтернативно от около 10 мкм до около 80 мкм при измерении с помощью Теста 2, описанного ниже в настоящем документе.
Изделие может содержать небольшое количество воды. Оно может иметь окончательное содержание влаги от около 0,5% до около 25%, в альтернативном варианте осуществления от около 1% до около 20%, альтернативно от около 3% до около 10% по массе указанного твердого листового изделия OCF, измеренное с помощью Теста 4 ниже. Подходящее окончательное содержание влаги в полученном твердом листовом изделии OCF может обеспечить требуемую гибкость/деформируемость листового изделия, а также обеспечить потребителям сенсорное ощущение мягкости/гладкости. Если окончательное содержание влаги слишком низкое, листовое изделие может быть слишком хрупким или жестким. Если окончательное содержание влаги слишком высокое, листовое изделие может быть слишком липким, и его общая структурная целостность может быть нарушена.
Изделие OCF может иметь основную массу от около 50 грамм/м2 до около 250 грамм/м2, альтернативно от около 80 грамм/м2 до около 220 грамм/м2, альтернативно от около 100 грамм/м2 до около 200 грамм/м2 при измерении с помощью Теста 6, описанного ниже в настоящем документе.
Изделие OCF может иметь плотность в диапазоне от около 0,05 грамма/см3 до около 0,5 грамма/см3, альтернативно от около 0,06 грамма/см3 до около 0,4 грамма/см3, альтернативно от около 0,07 грамма/см3 до около 0,2 грамма/см3, альтернативно от около 0,08 грамма/см3 до около 0,15 грамма/см3 при измерении с помощью Теста 7, описанного ниже в настоящем документе. Плотность твердого листового изделия OCF может быть ниже, чем у листа аэрированной влажной предварительной смеси, - также вследствие расширения пор, которое, в свою очередь, ведет к общему увеличению объема.
Кроме того, изделие OCF может характеризоваться удельной площадью поверхности от около 0,03 м2/г до около 0,25 м2/г, альтернативно от около 0,04 м2/г до 0,22 м2/г, альтернативно от 0,05 м2/г до 0,2 м2/г, альтернативно от 0,1 м2/г до 0,18 м2/г при измерении с помощью Теста 8, описанного ниже в настоящем документе. Удельная площадь поверхности твердого листового изделия OCF может служить показателем его пористости и может влиять на скорость растворения: например, чем больше удельная площадь поверхности, тем более пористым является листовое изделие и тем выше скорость его растворения.
Состав
Водорастворимый полимер
Влажная предварительная смесь может содержать от около 3% до около 20% по массе предварительной смеси водорастворимого полимера, в альтернативном варианте осуществления от около 5% до около 15% по массе предварительной смеси водорастворимого полимера, в альтернативном варианте осуществления от около 7% до около 10% по массе предварительной смеси водорастворимого полимера.
После сушки водорастворимый полимер в изделии OCF может составлять от около 10% до около 40%, альтернативно от около 15% до около 30%, альтернативно от около 20% до около 25% от общей массы твердого листового изделия OCF. В примере общее количество водорастворимого полимера(-ов) в изделии OCF может быть меньше или равно 25% от общей массы такого изделия.
Водорастворимые полимеры можно выбрать из полимеров со средневесовой молекулярной массой в диапазоне от около 50000 до около 400000 дальтон, альтернативно от около 60000 до около 300000 дальтон, альтернативно от около 70000 до около 200000 дальтон, альтернативно от около 80000 до около 150000 дальтон. Средневесовую молекулярную массу рассчитывают путем суммирования средних молекулярных масс каждого полимерного сырьевого материала, умноженных на их соответствующие относительные массовые процентные доли от общей массы полимеров, присутствующих в пористом твердом веществе. Средневесовая молекулярная масса водорастворимого полимера, используемого в настоящем изобретении, может влиять на вязкость влажной предварительной смеси, что, в свою очередь, может влиять на количество и размер пузырьков на стадии аэрации, а также на результаты расширения/открытия пор на стадии сушки. Кроме того, средневесовая молекулярная масса водорастворимого полимера может влиять на общие пленкообразующие свойства влажной предварительной смеси и ее совместимость/несовместимость с некоторыми поверхностно-активными веществами.
Водорастворимые полимеры могут включать, без ограничений, синтетические полимеры, включая поливиниловые спирты, поливинилпирролидоны, полиалкиленоксиды, полиакрилаты, капролактамы, полиметакрилаты, полиметилметакрилаты, полиакриламиды, полиметилакриламиды, полидиметилакриламиды, монометакрилаты полиэтиленгликолей, сополимеры акриловой кислоты и метилакрилата, полиуретаны, поликарбоновые кислоты, поливинилацетаты, сложные полиэфиры, полиамиды, полиамины, полиэтиленимины, сополимеры малеиновой кислоты/(акрилата или метакрилата), сополимеры метилвинилового эфира и малеинового ангидрида, сополимеры винилацетата и кротоновой кислоты, сополимеры винилпирролидона и винилацетата, сополимеры винилпирролидона и капролактама, сополимеры винилпироллидона/винилацетата, сополимеры анионных, катионных и амфотерных мономеров и их комбинации.
Водорастворимые полимеры также можно выбрать из полимеров природного происхождения, включая полимеры растительного происхождения, примеры которых включают камедь карайи, трагакантовую камедь, гуммиарабик, ацеманнан, коньяк маннан, аравийскую камедь, камедь гхатти, изолят сывороточного белка и изолят соевого белка; экстракты семян, включая гуаровую камедь, камедь бобов рожкового дерева, семена айвы и семена подорожника; экстракты морских водорослей, такие как каррагенан, альгинаты и агар; фруктовые экстракты (пектины); полимеры микробного происхождения, включая ксантановую камедь, геллановую камедь, пуллулан, гиалуроновую кислоту, хондроитинсульфат и декстран; а также полимеры животного происхождения, включая казеин, желатин, кератин, гидролизаты кератина, сульфоновые кератины, альбумин, коллаген, глютелин, глюкагоны, глютен, зеин и шеллак.
Модифицированные природные полимеры можно также использовать в качестве водорастворимых полимеров. Подходящие модифицированные природные полимеры включают, без ограничений, производные целлюлозы, такие как гидроксипропилметилцеллюлоза, гидроксиметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, метилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, этилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, ацетатфталат целлюлозы, нитроцеллюлоза и другие простые или сложные эфиры целлюлозы; и производные гуара, такие как гидроксипропилгуар.
Водорастворимый полимер может включать крахмал. При использовании в настоящем документе термин «крахмал» включает как крахмалы природного происхождения, так и модифицированные крахмалы. Типичные натуральные источники крахмалов могут включать зерновые, клубни, корнеплоды, бобовые и фрукты. Более конкретные натуральные источники могут включать кукурузу, горох, картофель, бананы, ячмень, пшеницу, рис, саго, амарант, тапиоку, маранту, канну, сорго и их восковидные разновидности или разновидности с высоким содержанием амилазы. Природные крахмалы могут быть модифицированы любым способом модификации, известным в данной области техники, с образованием модифицированных крахмалов, включая физически модифицированные крахмалы, подвергнутые сдвигу крахмалы или термически ингибированные крахмалы; химически модифицированные крахмалы, например поперечносшитые, ацетилированные и органически этерифицированные, гидроксиэтилированные и гидроксипропилированные, фосфорилированные и неорганически этерифицированные, катионные, анионные, неионные, амфотерные и цвиттерионные, а также их сукцинатные и замещенные сукцинатные производные; в настоящем изобретении также могут использоваться продукты преобразования, полученные из любого из крахмалов, включая крахмалы жидкой варки, полученные путем окисления, ферментативного осахаривания, кислотного гидролиза, тепловой или кислотной декстринизации, продукты термической обработки и сдвигового воздействия; и клейстеризованные крахмалы, известные в данной области техники.
В одном примере водорастворимые полимеры могут включать поливиниловые спирты, поливинилпирролидоны, полиалкиленоксиды, крахмал и производные крахмала, пуллулан, желатин, гидроксипропилметилцеллюлозы, метилцеллюлозы и карбоксиметилцеллюлозы. В другом примере водорастворимые полимеры могут включать поливиниловые спирты и гидроксипропилметилцеллюлозы.
Водорастворимые полимеры настоящего могут включать поливиниловые спирты, которые характеризуются степенью гидролиза от около 40% до около 100%, альтернативно от около 50% до около 95%, альтернативно от около 70% до около 92%, альтернативно от около 80% до около 90%. К доступным на рынке поливиниловым спиртам относятся спирты от компании Celanese Corporation (штат Техас, США) под торговой маркой CELVOL, включая, без ограничений, CELVOL 523, CELVOL 530, CELVOL 540, CELVOL 518, CELVOL 513, CELVOL 508, CELVOL 504; от компании Kuraray Europe GmbH (г.Франкфурт, Германия) под торговыми марками Mowiol® и POVAL™; и PVA 1788 (известный также как PVA ВР17), доступные на рынке от различных поставщиков, включая компанию Lubon Vinylon Со. (г. Нанкин, Китай); и их комбинации. Гибкое пористое растворимое твердое листовое изделие OCF может содержать поливиниловый спирт со средневесовой молекулярной массой в диапазоне от 80000 до около 150000 дальтон и степенью гидролиза в диапазоне от около 80% до около 90% в количестве от около 10% до около 25%, альтернативно от около 15% до около 23% от общей массы такого изделия.
Кроме поливиниловых спиртов, как упоминалось выше в настоящем документе, в качестве материала-наполнителя можно использовать какой-либо один крахмал или комбинацию крахмалов в таком количестве, чтобы снизить общее содержание необходимых водорастворимых полимеров, при условии что это помогает обеспечить твердому листовому изделию OCF требуемую структуру и физико-химические характеристики в соответствии с описанием в настоящем документе. Однако слишком большое количество крахмала может нарушить растворимость и структурную целостность листового изделия. Таким образом, может быть желательно, чтобы твердое листовое изделие OCF содержало крахмал в объеме не более 20%, альтернативно от 0% до 10%, альтернативно от 0% до 5%, альтернативно от 0% до 1% по массе указанного твердого листового изделия OCF.
Поверхностно-активные вещества
Кроме описанного выше водорастворимого полимера, твердое листовое изделие OCF может содержать одно или более поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества могут выполнять функцию эмульгаторов в процессе аэрации для создания достаточного количества стабильных пузырьков для формирования желательной структуры изделия OCF. Кроме того, поверхностно-активные вещества могут выполнять функцию активных ингредиентов для обеспечения желаемого очищающего эффекта.
Твердое листовое изделие OCF содержит одно или более поверхностно-активных веществ, выбранных из группы, состоящей из анионных ПАВ, неионогенных ПАВ, катионных ПАВ, цвиттерионных ПАВ, амфотерных ПАВ, полимерных ПАВ или их комбинаций. В зависимости от требуемого применения такого твердого листового изделия OCF и желаемой выгоды для потребителя можно выбирать различные поверхностно-активные вещества. Одним из преимуществ является то, что структуры твердого листового изделия OCF могут включать высокое содержание поверхностно-активных веществ, обеспечивая при этом быстрое растворение. Следовательно, в состав твердых листовых изделий OCF можно включить высококонцентрированные очищающие композиции для обеспечения потребителям удобства очистки.
Поверхностно-активные вещества, используемые в настоящем изобретении, могут включать как поверхностно-активные вещества в традиционном смысле (т.е. вещества, обеспечивающие заметный для потребителя пенообразующий эффект), так и эмульгаторы (т.е. вещества, которые не призваны обеспечивать какую-либо эффективность пенообразования, а в первую очередь предназначены в качестве вспомогательного средства в технологическом процессе при создании стабильной пеноструктуры). Примеры эмульгаторов для применения в качестве поверхностно-активного компонента в настоящем изобретении включают моно-и диглицериды, жирные спирты, сложные эфиры полиглицерина, сложные эфиры пропиленгликоля, сложные эфиры сорбитана и другие эмульгаторы, известные или иным образом широко используемые для стабилизации поверхностей раздела с воздухом.
Общее количество поверхностно-активных веществ в твердом листовом изделии OCF может находиться в широком диапазоне от около 5% до около 80%, альтернативно от около 10% до около 70%, альтернативно от около 30% до около 65% от общей массы упомянутого твердого листового изделия OCF. Соответственно, влажная предварительная смесь может содержать от около 1% до около 40% ПАВ по массе влажной предварительной смеси, в одном варианте осуществления от около 2% до около 35% ПАВ по массе влажной предварительной смеси, в одном варианте осуществления от около 5% до около 30% ПАВ по массе влажной предварительной смеси.
Твердое листовое изделие OCF может представлять собой очищающий продукт, содержащий от приблизительно 30% до приблизительно 80%, альтернативно от приблизительно 40% до приблизительно 70%, альтернативно от приблизительно 50% до приблизительно 65% одного или более поверхностно-активных веществ по общей массе указанного твердого листового изделия OCF. В таких случаях влажная предварительная смесь может содержать от около 10% до около 40% ПАВ по массе влажной предварительной смеси, в одном варианте осуществления от около 12% до около 35% ПАВ по массе влажной предварительной смеси, в одном варианте осуществления от около 15% до около 30% ПАВ по массе влажной предварительной смеси.
Не имеющие ограничительного характера примеры анионных поверхностно-активных веществ, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают алкил-и алкилэфирсульфаты, сульфатированные моноглицериды, сульфонированные олефины, алкиларилсульфонаты, первичные или вторичные алкансульфонаты, алкилсульфосукцинаты, ацилтаураты, ацилизетионаты, алкилглицерилэфирсульфонат, сульфонированные метиловые сложные эфиры, сульфонированные жирные кислоты, алкилфосфаты, ацилглутаматы, ацилсаркозинаты, алкилсульфоацетаты, ацилированные пептиды, алкилэфиркарбоксилаты, ациллактилаты, анионные фторированные ПАВ, лауроилглутамат натрия и их комбинации.
Одна категория анионных поверхностно-активных веществ может включать ПАВ на основе C6-С20 линейного алкилбензолсульфоната (linear alkylbenzene sulphonate - LAS). Поверхностно-активные вещества на основе LAS хорошо известны в данной области техники и могут быть легко получены путем сульфонирования имеющихся на рынке линейных алкилбензолов. К примерам линейных С10-С20 алкилбензолсульфонатов, которые могут быть использованы, относятся соли щелочных металлов, щелочноземельные металлы или аммонийные соли с линейными С10-С20 алкилбензолсульфоновыми кислотами, и альтернативно натриевая, калиевая, магниевая и/или аммонийная соли линейных С11-C18 или С11-С14 алкилбензолсульфоновых кислот. В одном примере натриевые или калиевые соли С12 и/или С14 линейных алкилбензолсульфоновых кислот (LAS), а альтернативно натриевая соль линейной С12 и/или С14 алкилбензолсуль фоновой кислоты, т.е. додецилбензолсульфонат натрия или тетрадецилбензолсульфонат натрия.
LAS обеспечивает превосходный очищающий эффект и особенно подходит для применения в областях, связанных с моющими средствами для стирки. Было обнаружено, что при использовании поливинилового спирта, имеющего более высокую средневесовую молекулярную массу (например, от около 50000 до около 400000 дальтон, альтернативно от около 60000 до около 300000 дальтон, альтернативно от около 70000 до около 200000 дальтон, наиболее альтернативно от около 80000 до около 150000 дальтон), в качестве пленкообразователя и носителя LAS можно использовать в качестве основного ПАВ, т.е. присутствующего в количестве более 50% по массе от общего содержания ПАВ в твердом листовом изделии OCF, не оказывая неблагоприятного влияния на пленкообразующую способность и стабильность всей композиции в целом. Соответственно, в одном примере LAS используется в качестве основного поверхностно-активного вещества в твердом листовом изделии OCF. При его наличии количество LAS в твердом листовом изделии OCF может находиться в диапазоне от около 10% до около 70%, альтернативно от около 20% до около 65%, альтернативно от около 40% до около 60% от общей массы твердого листового изделия OCF.
Другая категория анионных поверхностно-активных веществ может включать тридецетсульфаты натрия (sodium trideceth sulfates - STS), имеющие средневесовую степень алкоксилирования в диапазоне от около 0,5 до около 5, альтернативно от около 0,8 до около 4, альтернативно от около 1 до около 3, наиболее альтернативно от около 1,5 до около 2,5. Тридецет представляет собой разветвленный алкоксилированный углеводород с 13 атомами углерода, содержащий в одном варианте осуществления в среднем по меньшей мере 1 ответвление метильной группы на молекулу. STS могут включать ST(EOxPOy)S, где ЕОх относится к повторяющимся этиленоксидным звеньям с повторяющимся числом х в диапазоне от 0 до 5, альтернативно от 1 до 4, альтернативно от 1 до 3, а РОу относится к повторяющимся пропиленоксидным звеньям с повторяющимся числом у в диапазоне от 0 до 5, альтернативно от 0 до 4, альтернативно от 0 до 2. Следует понимать, что такой материал, как ST2S со средневесовой степенью этоксилирования, например около 2, может содержать значительное количество молекул, не содержащих этоксилата, содержащих 1 моль этоксилата, 3 моля этоксилата и т.д., тогда как распределение этоксилирования может быть широким, узким или усеченным, что по-прежнему дает в результате общую средневесовую степень этоксилирования около 2. STS особенно подходит для применения в областях, связанных с личной гигиеной, и было обнаружено, что при использовании поливинилового спирта, имеющего более высокую средневесовую молекулярную массу (например, от около 50000 до около 400000 дальтон, альтернативно от около 60000 до около 300000 дальтон, альтернативно от около 70000 до около 200000 дальтон, наиболее альтернативно от около 80000 до около 150000 дальтон) в качестве пленкообразователя и носителя, STS можно использовать в качестве основного ПАВ, т.е. присутствующего в количестве более 50% по массе от общего содержания ПАВ в твердом листовом изделии OCF, не оказывая неблагоприятного влияния на пленкообразующую способность и стабильность всей композиции в целом. Соответственно, STS можно использовать в качестве основного поверхностно-активного вещества в твердом листовом изделии OCF. При его наличии количество STS в твердом листовом изделии OCF может находиться в диапазоне от около 10% до около 70%, альтернативно от около 20% до около 65%, альтернативно от около 40% до около 60% от общей массы твердого листового изделия OCF.
Другая категория приемлемых анионных поверхностно-активных веществ может включать алкилсульфаты. Эти материалы имеют соответствующие формулы ROSO-3M, где R - это алкил или алкенил, содержащий от около 6 до около 20 атомов углерода, х=от 1 до 10, а М - это водорастворимый катион, такой как аммоний, натрий, калий и триэтаноламин. Альтернативно, R содержит от около 6 до около 18, альтернативно от около 8 до около 16, альтернативно от около 10 до около 14 атомов углерода. Было обнаружено, что при использовании поливинилового спирта, имеющего более высокую средневесовую молекулярную массу (например, от около 50000 до около 400000 дальтон, альтернативно от около 60000 до около 300000 дальтон, альтернативно от около 70000 до около 200000 дальтон, наиболее альтернативно от около 80000 до около 150000 дальтон) в качестве пленкообразователя и носителя, другие ПАВ, такие как LAS и/или STS, можно использовать в качестве основного ПАВ в твердом листовом изделии OCF, не оказывая неблагоприятного влияния на пленкообразующую способность и стабильность всей композиции в целом. Таким образом, может быть желательно обеспечить твердое листовое изделие OCF AS в объеме не более чем приблизительно 20%, альтернативно от 0% до приблизительно 10%, альтернативно от 0% до приблизительно 5%, наиболее альтернативно от 0% до приблизительно 1% по массе указанного твердого листового изделия OCF.
Другая категория приемлемых анионных поверхностно-активных веществ может включать в себя линейные или разветвленные С6-С20 алкилалкоксисульфаты (AAS). В эту категорию можно включить линейные или разветвленные алкилэтоксисульфаты (alkylethoxy sulfates - AES), имеющие соответствующие формулы RO(C2H4O)xSO3M, где R - алкил или алкенил, содержащий от около 6 до около 20 атомов углерода, х=от 1 до 10, а М - это водорастворимый катион, такой как аммоний, натрий, калий и триэтаноламин. Альтернативно, R содержит от около 6 до около 18, альтернативно от около 8 до около 16, альтернативно от около 10 до около 14 атомов углерода. Поверхностно-активные вещества AES обычно получают как продукты конденсации этиленоксида и одноатомных спиртов, содержащих от около 6 до около 20 атомов углерода. Пригодные спирты можно получить из жиров, например из кокосового масла или таллового жира, либо они могут быть синтетическими. Могут использоваться лауриловый спирт и неразветвленные спирты, полученные из кокосового масла. Такие спирты вводят в реакцию с этиленоксидом в молярных пропорциях от около 1 до около 10, альтернативно от около 3 до около 5 и особенно около 3, и полученную смесь химических соединений, содержащую, например, в среднем 3 моля этиленоксида на моль спирта, сульфатируют и нейтрализуют.AES содержат смесь отдельных соединений, причем указанная смесь имеет среднюю длину алкильной цепи от около 10 до около 16 атомов углерода и среднюю степень этоксилирования от около 1 до около 4 молей этиленоксида. При их наличии количество AAS в твердом листовом изделии OCF может находиться в диапазоне от около 2% до около 40%, альтернативно от около 5% до около 30%, альтернативно от около 8% до около 12% от общей массы твердого листового изделия OCF.
Другие приемлемые анионные поверхностно-активные вещества включают водорастворимые соли органических продуктов реакции с серной кислотой с общей формулой [R1-SO3-M], где R1 выбирают из группы, состоящей из неразветвленных или разветвленных насыщенных алифатических углеводородных радикалов, содержащих от около 6 до около 20, альтернативно от около 10 до около 18 атомов углерода; и М - это катион. В некоторых примерах могут быть включены щелочные металлы и C10-18 n-парафины, обработанные сульфонатом аммония. Другие подходящие анионные поверхностно-активные вещества включают сульфонаты олефинов, содержащие от около 12 до около 24 атомов углерода, α-олефины, из которых получают сульфонаты олефинов, являются моноолефинами, содержащими от около 12 до около 24 атомов углерода, альтернативно от около 14 до около 16 атомов углерода. Альтернативно они представляют собой неразветвленные олефины.
Другим классом анионных поверхностно-активных веществ, подходящих для использования в композициях бытовой химии и для ухода за тканями, являются β-алкилоксиалкансульфонаты. Эти соединения имеют следующую формулу:
где R1 - это неразветвленная алкильная группа, содержащая от около 6 до около 20 атомов углерода, R2 - это более низкая алкильная группа, содержащая от около 1 до около 3 атомов углерода, а М - это водорастворимый катион в соответствии с описанием выше в настоящем документе.
Дополнительными примерами подходящих анионных поверхностно-активных веществ являются продукты реакции жирных кислот, этерифицированных изетионовой кислотой и нейтрализованных гидроксидом натрия, где, например, жирные кислоты получают из кокосового масла; натриевые или калиевые соли амидов жирных кислот метилтаурида, в которых жирные кислоты, например, получают из кокосового масла. Другими подходящими анионными поверхностно-активными веществами являются сукцинаматы, примеры которых включают динатрий N-октадецилсульфосукцинамат; диаммонийлаурилсульфосукцинамат; тетранатрий N-(1,2-дикарбоксиэтил)-N-[-октадецилсульфосукцинамат; натриевая соль диамилового эфира сульфоянтарной кислоты; натриевая соль дигексилового эфира сульфоянтарной кислоты; и натриевая соль диоктилового эфира сульфоянтарной кислоты.
Неионогенные поверхностно-активные вещества, которые могут быть включены в состав твердого листового изделия OCF, могут представлять собой любые традиционные неионогенные поверхностно-активные вещества, включая, без ограничений: алкилалкоксилированные спирты, алкилалкоксилированные фенолы, алкилполисахариды (в особенности алкилглюкозиды и алкилполиглюкозиды), амиды жирных полигидроксикислот, алкоксилированные эфиры жирных кислот, сложные эфиры сахарозы, сложные эфиры сорбитана и алкоксилированные производные сложных эфиров сорбитана, аминоксиды и т.п. Неионогенные ПАВ могут включать в себя соединения с формулой R1(OC2H4)nOH, где R1 представляет собой С8-С18 алкильную группу или алкилфенильную группу, а n=от около 1 до около 80. В некоторых примерах включаются С8-С18 алкилэтоксилированные спирты, имеющие средневесовую степень этоксилирования от около 1 до около 20, альтернативно от около 5 до около 15, альтернативно от около 7 до около 10, такие как неионогенные ПАВ NEODOL®, доступные в продаже от компании Shell. К другим не имеющим ограничительного характера примерам используемых неионных ПАВ относятся: С6-С12 алкилфенолалкоксилаты, в которых алкоксилатные звенья могут представлять собой этиленокси-звенья, пропиленокси-звенья или их смесь; С12 С18 спирт и продукты конденсации С6-С12 алкилфенола с блочными полимерами этиленоксида/пропиленоксида, такими как Pluronic® от компании BASF; С14-С22 среднецепочечные разветвленные спирты; C14-C22 разветвленные среднецепочечные алкилалкоксилаты, BAEx, где х составляет от 1 до 30; алкилполисахариды, в частности алкилполигликозиды; амиды жирных полигидроксикислот; и ПАВ на основе полиоксиалкилированного спирта с эфирными концевыми группами. К подходящим неионным ПАВ также относятся выпускаемые под торговой маркой Lutensol® от компании BASF.
Неионогенное поверхностно-активное вещество может быть выбрано из сложных эфиров сорбитана и алкоксилированных производных сложных эфиров сорбитана, включая сорбитанмонолаурат (SPAN® 20), сорбитанмонопальмитат (SPAN® 40), сорбитанмоностеарат (SPAN® 60), сорбитантристеарат (SPAN® 65), сорбитанмоноолеат (SPAN® 80), сорбитантриолеат (SPAN® 85), сорбитанизостеарат, полиоксиэтилен (20) сорбитанмонолаурат (Tween® 20), полиоксиэтилен (20) сорбитанмонопальмитат (Tween® 40), полиоксиэтилен (20) сорбитанмоностеарат (Tween® 60), полиоксиэтилен (20) сорбитанмоноолеат (Tween® 80), полиоксиэтилен (4) сорбитанмонолаурат (Tween® 21), полиоксиэтилен (4) сорбитанмоностеарат (Tween® 61), полиоксиэтилен (5) сорбитанмоноолеат (Tween® 81), все производства компании Uniqema, и их комбинации.
Поверхностно-активное вещество содержит линейные или разветвленные С6-С20 алкилалкоксилированные спирты (АА), имеющие средневесовую степень алкоксилирования в диапазоне от 5 до 15, альтернативно линейные C12-C14 этоксилированные спирты, имеющие средневесовую степень алкоксилирования в диапазоне от 7 до 9. При их наличии количество неионогенного поверхностно-активного вещества (веществ) типа алкилалкоксилированных спиртов в твердом листовом изделии OCF может находиться в диапазоне от около 2% до около 40%, альтернативно от около 5% до около 30%, альтернативно от около 8% до около 12% от общей массы твердого листового изделия OCF.
Амфотерные поверхностно-активные вещества, подходящие для использования в твердом листовом изделии OCF, могут включать соединения, которые в широком смысле описываются как производные алифатических вторичных и третичных аминов, в которых алифатический радикал может иметь прямую или разветвленную цепь, и при этом один из алифатических заместителей содержит от около 8 до около 18 атомов углерода, а один содержит анионную группу, способствующую растворению в воде, например карбоксильную, сульфонатную, сульфатную, фосфатную или фосфонатную. Примерами соединений, соответствующих данному определению, являются 3-додецил-аминопропионат натрия, 3-додециламинопропансульфонат натрия, лаурилсаркозинат натрия, N-алкилтаурины, например соединение, полученное в результате реакции додециламина с изетионатом натрия и высшими N-алкиласпарагиновыми кислотами.
Одна категория амфотерных ПАВ, особенно подходящих для включения в состав твердых листовых изделий OCF с компонентами для применения в области личной гигиены (например, шампунь, средство для умывания или мытья тела и т.п.), включает алкиламфоацетаты, такие как лауроамфоацетат и кокоамфоацетат. Алкиламфоацетаты могут состоять из моноацетатов и диацетатов. В некоторых типах алкиламфоацетатов диацетаты являются примесями или непреднамеренными продуктами реакции. При его наличии количество алкиламфоацетата (-ов) в твердом листовом изделии OCF может находиться в диапазоне от около 2% до около 40%, альтернативно от около 5% до около 30%, альтернативно от около 10% до около 20% от общей массы твердого листового изделия OCF.
Подходящие цвиттерионные поверхностно-активные вещества включают соединения, которые в широком смысле описываются как производные соединений алифатического четвертичного аммония, фосфония и сульфония, в которых алифатические радикалы могут иметь неразветвленную или разветвленную цепь, и при этом один из алифатических заместителей содержит от около 8 до около 18 атомов углерода, а один содержит анионную группу, например карбоксильную, сульфонатную, сульфатную, фосфатную или фосфонатную группу. Такие подходящие цвиттерионные ПАВ можно представить формулой:
где R2 - это алкильный, алкенильный или гидроксиалкильный радикал с числом атомов углерода от около 8 до около 18, от 0 до около 10 этиленоксидных функциональных групп и от 0 до около 1 глицериловой функциональной группы; Y выбирают из группы, состоящей из атомов азота, фосфора и серы; R3 - это алкильная или моногидроксиалкильная группа, содержащая от около 1 до около 3 атомов углерода; X=1, если Y - это атом серы, и 2, если Y - это атом азота или фосфора; R4 - это алкилен или гидроксиалкилен с числом атомов углерода от около 1 до около 4, a Z - радикал, выбранный из группы, состоящей из карбоксилатных, сульфонатных, сульфатных, фосфонатных и фосфатных групп.
Другие цвиттерионные ПАВ, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают бетаины, включая высшие алкилбетаины, такие как кокодиметилкарбоксиметилбетаин, кокоамидопропилбетаин, кокобетаин, лауриламидопропилбетаин, олеилбетаин, лаурилдиметилкарбоксиметил бетаин, лаурилдиметилальфакарбоксиэтилбетаин, цетилдиметилкарбоксиметилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксиэтил)карбоксиметилбетаин, стеарил-бис-(2-гидроксипропил)карбоксиметилбетаин, олеилдиметил-гамма-карбоксипропилбетаин и лаурил-бис-(2-гидроксипропил)альфа-карбоксиэтилбетаин. Сульфобетаины могут представлять собой кокодиметилсульфопропилбетаин, стеарилдиметилсульфопропилбетаин, лаурилдиметилсульфоэтилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксиэтил)сульфопропилбетаин и т.п.; в настоящем изобретении также можно использовать амидобетаины и амидосульфобетаины, в которых радикал RCONH(CH2)3, где R - С11-C17 алкил, присоединенный к атому азота бетаина.
Катионные ПАВ также могут использоваться в изделиях OCF, особенно в таких продуктах, как мягчители тканей и кондиционеры для волос. При использовании для изготовления продуктов, содержащих катионные ПАВ в качестве основных ПАВ, такие катионные ПАВ могут присутствовать в количестве в диапазоне от около 2% до около 30%, альтернативно от около 3% до около 20%, альтернативно от около 5% до около 15% от общей массы твердого листового изделия OCF.
Катионные поверхностно-активные вещества могут включать диамидные соединения четвертичного аммония (diamide quaternary ammonium - DEQA), которые охватывают описание диамидных активных компонентов, а также активных компонентов со смешанными амидо- и сложноэфирными связями. Соединения DEQA, как правило, получают путем взаимодействия алканоламинов, таких как метилдиэтаноламин (МДЭА) и триэтаноламин (ТЭА), с жирными кислотами. Некоторые материалы, которые обычно образуются в результате таких реакций, включают N,N-ди(ацилоксиэтил)-N,N-диметиламмоний хлорид или N,N-ди(ацилоксиэтил)-N,N-метилгидроксиэтиламмоний метилсульфат, в котором ацильная группа получена из животных жиров, ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот.
Другие подходящие активные вещества для использования в качестве катионного ПАВ включают продукты реакции жирных кислот с диалкилентриаминами, например с молекулярным соотношением около 2:1, причем указанные продукты реакции содержат соединения с формулой:
где R1, R2 определяются, как указано выше, а каждый R3 - это C1-6 алкиленовая группа, альтернативно этиленовая группа. Примерами этих активных веществ являются продукты реакции кислоты таллового жира, кислоты масла канолы или олеиновых кислот с диэтилентриамином в молекулярном соотношении около 2:1, причем указанная смесь продуктов реакции содержит N,N''-диталлоилдиэтилентриамин, N,N''-диканолаоилдиэтилентриамин или N,N''-диолеоилдиэтилентриамин, соответственно, с формулой:
где R2 и R3 - это двухвалентные этиленовые группы, R1 определен выше, и приемлемые примеры этой структуры, когда R представляет собой олеоиловую группу доступной на рынке олеиновой кислоты, полученной из растительных или животных источников, включают EMERSOL® 223LL или EMERSOL® 7021, поставляемые компанией Henkel Corporation.
Другое активное вещество для применения в качестве катионного ПАВ имеет формулу:
где R, R1, R2, R3 и X- определяются, как указано выше. Примерами такого активного вещества являются мягчитель на основе жирных диамидоаминов, имеющий формулу:
где R1-C(O) - это олеоиловая группа, группа легкоплавкого таллового жира или группа отвержденного таллового жира, доступные на рынке от компании Degussa под торговыми марками VARISOFT® 222LT, VARISOFT® 222 и VARISOFT® 110, соответственно.
Второй тип соединения DEQA (DEQA (2)), подходящего в качестве активного вещества для использования в качестве катионного поверхностно-активного вещества, имеет общую формулу:
где Y, R, R1, и X- в каждом случае имеют те же значения, что и выше. Соединением DEQA (2) может быть «пропиловый» сложный эфир четвертичного аммония, используемый как активное вещество в качестве мягчителя ткани, который имеет формулу 1,2-ди(ацилокси)-3-триметиламмониопропанхлорида.
Полимерные поверхностно-активные вещества, подходящие для использования в композициях для личной гигиены, могут включать, без ограничений, блок-сополимеры этиленоксида и остатков жирных алкилов, блок-сополимеры этиленоксида и пропиленоксида, гидрофобно модифицированные полиакрилаты, гидрофобно модифицированные целлюлозы, силиконовые полиэфиры, силиконовые сложные эфиры сополиола, дичетвертичные полидиметилсилоксаны и совместно модифицированные амино-/полиэфирные силиконы.
Пластификаторы
Изделие OCF может необязательно содержать пластификатор в количестве, находящемся в диапазоне от около 0,1% до около 25%, в альтернативном варианте осуществления от около 0,5% до около 20%, альтернативно от около 1% до около 15%, наиболее альтернативно от 2% до 12% от общей массы указанного твердого листового изделия OCF. Соответственно, влажная предварительная смесь, используемая для формирования такого твердого листового изделия OCF, может содержать от около 0,02% до около 20% по массе указанной влажной предварительной смеси, в одном варианте осуществления от около 0,1% до около 10% по массе указанной влажной предварительной смеси, в одном варианте осуществления от около 0,5% до около 5% по массе влажной предварительной смеси.
Пластификаторы, приемлемые для использования в настоящем изобретении, включают, например, полиолы, сополиолы, поликарбоновые кислоты, сложные полиэфиры, сополиолы диметикона и т.п.
Полиолы могут включать, без ограничений: глицерин, диглицерин, этиленгликоль, полиэтиленгликоль (особенно 200-600), пропиленгликоль, бутиленгликоль, пентиленгликоль, производные глицерина (такие как пропоксилированный глицерин), глицидол, циклогександиметанол, гександиол, 2,2,4-триметилпентан-1,3-диол, пентаэритрит, мочевину, сахарные спирты (такие как сорбит, маннит, лактит, ксилит, мальтит и другие одно- и многоатомные спирты), моно-, ди- и олигосахариды (например, фруктозу, глюкозу, сахарозу, мальтозу, лактозу, твердые вещества кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы и декстрины), аскорбиновую кислоту, сорбаты, этиленбисформамид, аминокислоты и т.п.
Примеры поликарбоновых кислот включают, без ограничений, лимонную кислоту, малеиновую кислоту, янтарную кислоту, полиакриловую кислоту и полималеиновую кислоту.
Полиэфиры включают, без ограничений, триацетат глицерина, ацетилированный моноглицерид, диэтилфталат, триэтилцитрат, трибутилцитрат, ацетилтриэтилцитрат, ацетилтрибутилцитрат.
Подходящие сополиолы диметикона включают, без ограничений, диметикон PEG-12, диметикон PEG/PPG-18/18 и диметикон PPG-12.
К другим подходящим пластификаторам относятся, без ограничений, алкил- и аллилфталаты; нафталаты; лактаты (например, соли натрия, аммония и калия); сорбет-30; мочевина; молочная кислота; натриевая соль пирролидонкарбоновой кислоты (pyrrolidone carboxylic acid - РСА); гиалуронат натрия или гиалуроновая кислота; растворимый коллаген; модифицированный белок; L-глутамат мононатрия; альфа- и бета-гидроксильные кислоты, такие как гликолевая кислота, молочная кислота, лимонная кислота, малеиновая кислота и салициловая кислота; глицерилполиметакрилат; полимерные пластификаторы, такие как поликватерниумы; белки и аминокислоты, такие как глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота и лизин; гидрогенизированные гидролизаты крахмала; другие низкомолекулярные сложные эфиры (например, сложные эфиры С2-С10 спиртов и кислот); и любой другой водорастворимый пластификатор, известный специалисту в области пищевой промышленности и производства пластмасс; и их смеси.
В одном примере пластификаторы могут включать глицерин, этиленгликоль, полиэтиленгликоль, пропиленгликоль и их смеси. В одном примере пластификатор может содержать глицерин.
Дополнительные ингредиенты
Кроме описанных выше ингредиентов, например водорастворимого полимера, поверхностно-активного(-ых) вещества (веществ) и пластификатора, изделие OCF может содержать один или более дополнительных ингредиентов в зависимости от его предполагаемого применения. Такой один или более дополнительных ингредиентов могут быть выбраны из группы, состоящей из активных компонентов для ухода за тканью, активных компонентов для мытья посуды, активных компонентов для чистки твердых поверхностей, активных компонентов для косметических средств и/или ухода за кожей, активных компонентов для личной гигиены, активных компонентов для ухода за волосами, активных компонентов для ухода за полостью рта, активных компонентов для женской гигиены, активных компонентов для ухода за детьми, а также любые их комбинации.
Подходящие активные компоненты для ухода за тканью включают, без ограничений: органические растворители (линейные или разветвленные низшие C1-C8 спирты, диолы, глицерины или гликоли; низшие аминовые растворители, такие как C1-C4 алканоламины и их смеси; более конкретно, 1,2-пропандиол, этанол, глицерин, моноэтаноламин и триэтаноламин), носители, гидротропные вещества, наполнители, хелатирующие средства, диспергирующие агенты, ферменты и стабилизаторы ферментов, каталитические материалы, отбеливатели (включая фотоотбеливатели) и активаторы отбеливания, ароматические вещества (включая инкапсулированные ароматические вещества или микрокапсулы с ароматическими веществами), красящие вещества (такие как пигменты и красители, включая красящие пигменты), осветлители, средства, ингибирующие перенос красителей, средства для удаления/против переосаждения глинистой почвы, структурообразующие средства, модификаторы реологии, подавители ценообразования, технологические добавки, мягчители ткани, противомикробные агенты и т.п.
Подходящие активные компоненты для ухода за волосами включают, без ограничений: материалы для контроля влаги класса II для разглаживания волос (салициловые кислоты и производные, органические спирты и сложные эфиры), катионные ПАВ (особенно нерастворимые в воде, имеющие растворимость в воде при 25°С менее 0,5 г/100 г воды, более альтернативно менее 0,3 г/100 г воды), соединения жирного ряда с высокой температурой плавления (например, жирные спирты, жирные кислоты и их смеси с температурой плавления 25°С или выше, альтернативно 40°С или выше, альтернативно 45°С или выше, альтернативно 50°С или выше), силиконовые соединения, кондиционирующие агенты (такие как гидролизованный коллаген с торговым названием Peptein 2000, поставляемый компанией Hormel, витамин Е с торговым названием Emix-d, поставляемый компанией Eisai, пантенол, поставляемый компанией Roche, пантенилэтиловый эфир, поставляемый компанией Roche, гидролизованный кератин, белки, растительные экстракты и питательные вещества), консерванты (такие как бензиловый спирт, метилпарабен, пропилпарабен и имидазолидинилмочевина), средства для регулирования рН (такие как лимонная кислота, цитрат натрия, янтарная кислота, фосфорная кислота, гидроксид натрия, карбонат натрия), соли (такие как ацетат калия и хлорид натрия), красящие средства, ароматические вещества или отдушки, комплексообразующие вещества (такие как динатрий этилендиаминтетраацетат), средства для защиты от ультрафиолетового и инфракрасного излучения (такие как октилсалицилат), средства для обесцвечивания волос, средства для перманентной завивки волос, фиксаторы волос, средства против перхоти, противомикробные средства, средства для роста или восстановления волос, сорастворители или другие дополнительные растворители и т.п.
Подходящие активные компоненты для косметических средств и/или ухода за кожей могут включать материалы, одобренные для применения в косметических средствах и описанные в справочных книгах, таких как CTFA Cosmetic Ingredient Handbook, Second Edition, The Cosmetic, Toiletries, and Fragrance Association, Inc. 1988, 1992. Дополнительные, не имеющие ограничительного характера примеры приемлемых активных компонентов для косметических средств и/или ухода за кожей включают консерванты, ароматические вещества или отдушки, красящие средства или красители, загустители, увлажнители, мягчители, фармацевтические активные компоненты, витамины или питательные вещества, солнцезащитные средства, дезодоранты, создающие ощущение вещества, растительные экстракты, питательные вещества, вяжущие средства, косметические частицы, абсорбирующие частицы, волокна, противовоспалительные средства, средства для осветления кожи, средство для улучшения цвета кожи (который служит для улучшения общего цвета кожи и может содержать соединения витамина В3, сахарные амины, соединения гексамидина, салициловую кислоту, 1,3-дигидрокси-4-алкилбензол, такой как гексилрезорцин и ретиноиды), средство для загара, отшелушивающие агенты, влагоудерживающие агенты, ферменты, антиоксиданты, ловушки свободных радикалов, активные компоненты против морщин, средства против угревой сыпи, кислоты, основания, минеральные вещества, суспендирующие агенты, модификаторы рН, пигментные частицы, противомикробные средства, средства для отпугивания насекомых, лосьоны для бритья, сорастворители или другие дополнительные растворители и т.п.
Твердое листовое изделие OCF может дополнительно содержать и другие необязательные ингредиенты, которые известны в применении или иным образом пригодны для использования в композициях, при условии, что такие необязательные материалы совместимы с выбранными существенными материалами, описанными в настоящем документе, или не ухудшают качества продукта иным образом.
Не имеющие ограничительного характера примеры вариантов осуществления типа продукта, которые могут быть образованы из твердого листового изделия OCF настоящего изобретения, могут включать моющие средства для стирки, продукты для мягчения ткани, продукты для очистки рук, шампуни для волос, кондиционеры для волос, продукты для укладки волос, включая средства для ухода за волосами, средства для мытья тела, продукты для бритья, средства для мытья посуды, субстраты для личной гигиены, содержащие фармацевтические или другие активные компоненты для ухода за кожей, увлажняющие продукты, солнцезащитные продукты, косметические продукты или продукты для ухода за кожей, дезодорирующие продукты, продукты для ухода за полостью рта, продукты для женской гигиены, продукты для ухода за детьми, продукты, содержащие душистые вещества, и т.д.
Процесс изготовления изделий из пеноматериала с открытыми ячейками
WO2010077627 и WO2012138820, включенные в документ путем ссылки, описывают процессы формирования гибких пористых растворимых твердых листовых изделий OCF со структурами из пеноматериала с открытыми ячейками (open-celled foam - OCF), в которых сначала получают предварительную смесь, содержащую различные материалы, затем проводят аэрацию предварительной смеси путем введения в нее газа, затем формируют лист из аэрированной предварительной смеси и, наконец, высушивают лист при повышенной температуре. Структуры OCF формируются на стадии сушки при одновременном осуществлении механизмов испарения воды, разрушения пузырьков, отекания промежуточной жидкости с внешних слоев тонкопленочных пузырьков на границы плато между пузырьками (что приводит к созданию отверстий между пузырьками и образованию открытых ячеек) и затвердевания предварительной смеси. На эти механизмы могут влиять различные технологические условия, например содержание твердого вещества во влажной предварительной смеси, вязкость влажной предварительной смеси, сила тяжести и температура сушки, а также необходимость обеспечения баланса таких технологических условий для достижения контролируемого стекания и формирования требуемых структур OCF.
Описанные изделия OCF, включая изделие в Таблице 3, могут быть выполнены с помощью следующих стадий: (а) формирование предварительной смеси, содержащей сырьевые материалы (например, водорастворимый полимер, активные ингредиенты, такие как поверхностно-активные вещества, и необязательно пластификатор), растворенные или диспергированные в воде или подходящем растворителе, которая характеризуется вязкостью от около 1000 сП до около 25000 сП при измерении при температуре около 40°С и 1 с-1;
(b) аэрирование указанной предварительной смеси (например, путем введения газа во влажную суспензию) с образованием аэрированной влажной предварительной смеси; (с) формирование из указанной аэрированной влажной предварительной смеси листа с противоположными первой и второй сторонами; и (d) сушка указанного сформированного листа в течение времени сушки от 1 минуты до 60 минут при температуре от 70°С до 200°С вдоль направления нагрева, которое образует температурный градиент, уменьшающийся от первой стороны ко второй стороне указанного сформированного листа, причем направление нагрева по существу отклонено относительно направления силы тяжести в течение более половины времени сушки, т.е. стадию сушки проводят при нагреве в направлении нагрева в основном «против силы тяжести». Такого направления нагрева в основном «против силы тяжести» можно достичь различными средствами, которые включают, без ограничений, схему теплопроводного нагрева/сушки снизу и схему нагрева/сушки на поворотном барабане, как показано выше в настоящем документе на ФИГ. 4 и 5, соответственно.
При выполнении изделий OCF также может быть желательно тщательно отрегулировать вязкость влажной предварительной смеси и/или содержание в ней твердых веществ, количество и скорость аэрации (скорость работы насоса подачи воздуха, скорость смесительной головки, расход воздуха, плотность аэрированной предварительной смеси и т.п., что может влиять на размеры и количество пузырьков в аэрированной предварительной смеси и, соответственно, влиять на размер/распределение/количество/характеристики пор в затвердевшем листовом изделии), температуру сушки и время сушки для достижения оптимальной структуры OCF в полученном листовом изделии.
Кроме того, может быть важно иметь требуемое направление нагрева (т.е. по существу смещенное относительно направления силы тяжести).
Стадия (А). Получение влажной предварительной смеси
Влажную предварительную смесь можно получить путем смешивания представляющих интерес твердых веществ, включая водорастворимый полимер, поверхностно-активное(-ые) вещество(-а) и/или другие полезные агенты, необязательный пластификатор и другие необязательные ингредиенты, с достаточным количеством воды или другого растворителя в резервуаре для предварительного смешивания. Влажную предварительную смесь можно формировать с помощью механического смесителя. Используемые в настоящем изобретении механические смесители включают, без ограничений, турбины с наклонными лопастями или смеситель MAXBLEND (производство Surnitomo Heavy Industries).
При измерении при 40°С и 1 с-1 вязкость влажной предварительной смеси может быть отрегулирована с около 1000 сП до около 25000 сП. Вязкость влажной предварительной смеси может влиять на расширение пор и раскрытие пор аэрированной предварительной смеси во время последующей стадии сушки. Вязкость влажной предварительной смеси находится в диапазоне от около 3000 сП до около 24000 сП, альтернативно от около 5000 сП до около 23000 сП, и альтернативно от около 10000 сП до около 20000 сП при измерении при 40°С и 1 с-1. Значения вязкости предварительной смеси измеряют с помощью реометра Malvem Kinexus Lab+ с геометрией с конусом и плоскостью (СР1/50 SR3468 SS), шириной зазора 0,054 мм, при температуре 40°С и скорости сдвига 1,0 обратная секунда в течение периода 360 секунд.
Влажная предварительная смесь может содержать от около 15% до около 70% твердых веществ, альтернативно от около 20% до около 50%, и альтернативно от около 25% до около 45% от общей массы указанной влажной предварительной смеси. Процентное содержание твердых веществ представляет собой сумму массовых процентов всех твердых компонентов, полутвердых компонентов и жидких компонентов за исключением воды и любых очевидно летучих материалов, таких как спирты с низкой температурой кипения, от общей массы технологической смеси.
Из представляющих интерес твердых веществ во влажной предварительной смеси может присутствовать поверхностно-активное вещество (вещества) в количестве от около 1% до около 75%, водорастворимый полимер - от около 0,1% до около 25%, и необязательно пластификатор - от около 0,1% до около 25% от общей массы твердых веществ. В предварительную смесь также можно добавлять и другие активные компоненты или полезные агенты.
Необязательно влажную предварительную смесь предварительно нагревают непосредственно перед процессом аэрации и/или во время него при температуре выше температуры окружающей среды, но ниже любых температур, которые могут вызвать разложение ее компонентов. Влажная предварительная смесь может поддерживаться при повышенной температуре в диапазоне от около 40°С до приблизительно 100°С, альтернативно от приблизительно 50°С до приблизительно 95°С, альтернативно от приблизительно 60°С до приблизительно 90°С и альтернативно приблизительно 75°С до приблизительно 85°С. Кроме того, в процессе аэрации можно приложить дополнительное тепло, чтобы попытаться поддержать влажную предварительную смесь при такой повышенной температуре. Этого можно достичь посредством кондуктивного нагрева с одной или более поверхностей, нагнетания пара или других средств обработки.
Стадия (В). Аэрация влажной предварительной смеси
Аэрацию влажной предварительной смеси проводят с целью введения достаточного количества пузырьков воздуха во влажную предварительную смесь для последующего формирования в ней изделий OCF после сушки. После достаточной аэрации влажная предварительная смесь характеризуется плотностью, которая значительно ниже плотности неаэрированной влажной предварительной смеси (которая может содержать несколько непреднамеренно захваченных пузырьков воздуха) или недостаточно аэрированной влажной предварительной смеси (которая может содержать некоторое количество пузырьков, но с намного меньшим объемным процентным содержанием пузырьков и значительно большим их размером). Аэрированная влажная предварительная смесь может иметь плотность в диапазоне от около 0,05 г/мл до около 0,5 г/мл, альтернативно от около 0,08 г/мл до около 0,4 г/мл, альтернативно от около 0,1 г/мл до около 0,35 г/мл, альтернативно от около 0,15 г/мл до около 0,3 г/мл, альтернативно от около 0,2 г/мл до около 0,25 г/мл.
Аэрацию можно осуществить физическими либо химическими средствами. Это можно реализовать путем введения газа во влажную предварительную смесь посредством механического перемешивания, например с использованием любых подходящих механических средств обработки, включая, без ограничений:
роторно-статорный смеситель, планетарный смеситель, смеситель под давлением, смеситель, не находящийся под давлением, порционный смеситель, смеситель непрерывного действия, смеситель полунепрерывного действия, смеситель с высоким сдвиговым усилием, смеситель с низким сдвиговым усилием, погружной аэратор или любые их комбинации. Альтернативно этого можно достичь химическими средствами, например, с помощью химических пенообразователей для обеспечения образования газа на месте посредством химической реакции одного или более ингредиентов, включая образование диоксида углерода (газообразного СО2) с помощью какой-либо системы выделения газа.
Размер пузырьков в аэрированной влажной предварительной смеси способствует получению равномерных слоев в изделиях OCF полученного твердого листового изделия OCF. Например, размер пузырьков аэрированной влажной предварительной смеси может составлять от приблизительно 5 до приблизительно 100 микрон, и альтернативно от приблизительно 20 микрон до приблизительно 80 микрон.
Стадия С. Формирование листа
После достаточной аэрации из аэрированной влажной предварительной смеси формируют один или более листов с противоположными первой и второй сторонами. Стадию формирования листа можно проводить любыми подходящими способами, например с помощью экструзии, литья, формования, вакуумного формования, прессования, печати, нанесения покрытия и т.п. Более конкретно, лист из аэрированной влажной предварительной смеси можно сформировать: (i) литьем смеси в неглубокие полости или лотки, или листовые формы специальной конструкции; (ii) экструзией смеси на непрерывную ленту или сито сушилки; (iii) нанесением смеси на внешнюю поверхность поворотного сушильного барабана. Несущая поверхность, на которой формируется лист, может быть образована или покрыта антикоррозионными, не взаимодействующими и/или нелипкими материалами, такими как металл (например, сталь, хром и т.п.), TEFLON®, поликарбонат, NEOPRENE®, ПЭВП, ПЭНП, резина, стекло и т.п.
Сформированный лист аэрированной влажной предварительной смеси может иметь толщину от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 4 мм, альтернативно от приблизительно 0,6 мм до приблизительно 3,5 мм, альтернативно от приблизительно 0,7 мм до приблизительно 3 мм, альтернативно от приблизительно 0,8 мм до приблизительно 2 мм, альтернативно от приблизительно 0,9 мм до приблизительно 1,5 мм. Контроль толщины такого сформированного листа аэрированной влажной предварительной смеси может быть важным для обеспечения того, чтобы полученное твердое листовое изделие OCF имело желаемые структуры OCF. Если сформированный лист слишком тонкий (например, толщиной менее 0,5 мм), многие пузырьки воздуха, захваченные в аэрированную влажную предварительную смесь, будут расширяться во время последующей стадии сушки с образованием сквозных отверстий, проходящих через всю толщину полученного твердого листового изделия OCF. Такие сквозные отверстия, если их слишком много, могут существенно нарушать как общую структурную целостность, так и эстетический внешний вид листового изделия. Если сформированный лист слишком толстый, для него не только требуется более продолжительное время сушки, но и в результате получают твердое листовое изделие OCF с большими вариациями размеров пор между различными областями (например, верхней, средней и нижней областями) по всей толщине, поскольку чем дольше время сушки, тем больший дисбаланс сил может возникать из-за разрыва/разрушения/слипания пузырьков, отекания жидкости, расширения пор, раскрытия пор, испарения воды и т.п.
Стадия D: Сушка при нагревании против силы тяжести
После формирования листа можно использовать направление нагрева против действия силы тяжести во время стадии сушки, либо в течение всего времени сушки, либо по меньшей мере в течение более половины времени сушки.
В конкретном варианте осуществления направление нагрева против силы тяжести обеспечивается схемой теплопроводного нагрева/сушки, которая идентична или аналогична представленной на ФИГ. 4.
На ФИГ. 4 представлена схема нагрева/сушки на основе проводящей нижней части для изготовления обладающего признаками изобретения гибкого пористого растворимого листа OCF. В частности, форму 51 заполняют аэрированной влажной предварительной смесью, из которой формируется лист 52, имеющий первую сторону 52А (т.е. нижнюю сторону) и противоположную вторую сторону 52 В (т.е. верхнюю сторону). На стадии сушки такую форму 51 помещают на нагретую поверхность (не показана), например сверху на предварительно нагретый элемент Пельтье с регулируемой температурой поверхности около 125-130°С приблизительно на 30 минут. Тепло передается от нагретой поверхности на дне формы 51 через форму, нагревая лист 52 снизу, т.е. по направлению нагрева снизу вверх (показано заштрихованной стрелкой), в результате чего в листе 52 образуется температурный градиент, который уменьшается от первой стороны 52А (нижней стороны) к противоположной второй стороне 52В (верхней стороне). Такое направление нагрева снизу вверх противоположно направлению силы тяжести (показано белой стрелкой), оно поддерживается на протяжении всего времени сушки (т.е. направление нагрева противоположно направлению силы тяжести в течение почти 100% времени сушки). Во время сушки жидкая предварительная смесь по-прежнему стекает вниз к нижней области под действием силы тяжести. Однако направление нагрева снизу вверх высушивает лист снизу вверх, и водяной пар, генерируемый теплом в нижней области, поднимается вверх и выходит из затвердевающей матрицы, поэтому отекание жидкости вниз к нижней области существенно ограничено, и ему «противодействуют»/его уменьшают затвердевающая матрица и восходящий водяной пар. Соответственно, нижняя область полученного сухого листа является менее плотной и содержит множество пор с относительно тонкими стенками ячеек. Кроме того, поскольку верхняя область является последней областью, которая высушивается в течение данного процесса, пузырьки воздуха в верхней области имеют достаточно времени для расширения с образованием значительно более крупных открытых пор на верхней поверхности полученного листа, что особенно эффективно для облегчения проникновения воды в лист. Более того, в полученном листовом изделии общие размеры пор распределены более равномерно по разным областям (например, верхней, средней, нижней).
Альтернативно направление нагрева против силы тяжести обеспечивается схемой нагрева/сушки в поворотном барабане, которую также называют барабанной сушкой или вальцовой сушкой, аналогичной представленной на ФИГ. 5.
На ФИГ. 5 показан механизм нагрева/сушки на основе поворотного барабана, который также можно использовать для получения гибкого пористого растворимого листа OCF. В частности, подающий лоток 60 заполняют аэрированной влажной предварительной смесью 61. Над указанным подающим лотком 60 расположен нагретый поворотный цилиндр 70 (называемый также сушильным барабаном). Указанный нагретый сушильный барабан 70 имеет цилиндрическую нагретую внешнюю поверхность, которая характеризуется регулируемой температурой поверхности около 130°С и вращается по часовой стрелке (как показано тонкой кривой линией со стрелкой) для захвата аэрированной влажной предварительной смеси 61 из подающего лотка 60. Из аэрированной влажной предварительной смеси 61 формируется тонкий лист 62 на цилиндрической нагретой внешней поверхности сушильного барабана 70, который вращается и высушивает такой лист 62 аэрированной влажной предварительной смеси в течение приблизительно 10-15 минут. Рядом с точкой захвата суспензии можно разместить планировочный нож (не показан) для обеспечения постоянной толщины формируемого листа 62, хотя толщину листа 62 можно регулировать путем простого корректирования вязкости аэрированной влажной предварительной смеси 61, скорости вращения и температуры поверхности сушильного барабана 70. После высушивания лист 62 можно захватить вручную либо скребком 72 в конце вращения барабана.
Как показано на ФИГ. 5, лист 62, сформированный из аэрированной влажной предварительной смеси 61, содержит первую сторону 62А (т.е. нижнюю сторону), которая непосредственно контактирует с нагретой внешней поверхностью нагретого сушильного барабана 70, и противоположную вторую сторону 62В (т.е. верхнюю сторону). Соответственно, тепло от сушильного барабана 70 передается листу 62 в направлении нагрева изнутри наружу для нагрева сначала первой стороны 62А (нижней стороны) листа 62, а затем противоположной второй стороны 62В (верхней стороны). Такое направление нагрева изнутри наружу образует в листе 62 температурный градиент, который уменьшается от первой стороны 62А (нижней стороны) к противоположной второй стороне 62В (верхней стороне). Направление нагрева изнутри наружу медленно и постоянно изменяется по мере вращения сушильного барабана 70, но по очень четкой и предсказуемой траектории (показано множеством направленных наружу заштрихованных стрелок на ФИГ. 4). Относительное положение направления нагрева изнутри наружу и направления силы тяжести (показано белой стрелкой) также замедляется и постоянно меняется аналогичным четким и предсказуемым образом. В течение менее половины времени сушки (т.е. когда направление нагрева находится ниже горизонтальной пунктирной линии) направление нагрева изнутри наружу по существу совпадает с направлением силы тяжести с углом отклонения между ними менее 90°. В течение большей части времени сушки (т.е. когда направление нагрева находится на одном уровне с горизонтальной пунктирной линией или над ней) направление нагрева изнутри наружу противоположно или по существу противоположно направлению силы тяжести с углом отклонения между ними 90° или более. В зависимости от первоначального положения «начала» нанесения покрытия листа 62 направление нагрева может быть противоположным или по существу противоположным направлению силы тяжести в течение более 55% времени сушки (если нанесение покрытия начинается в самом низу сушильного барабана 70), альтернативно более 60% времени сушки (если нанесение покрытия начинается с более высокого положения сушильного барабана 70, как показано на ФИГ. 5). Следовательно, на протяжении большей части стадии сушки это замедляющееся, вращающееся и изменяющееся направление нагрева в схеме нагрева/сушки на поворотном барабане может по-прежнему служить для ограничения и «противодействия»/уменьшения отекания жидкости в листе 62, вызванного силой тяжести, что приводит к улучшению структур OCF в сформированном таким образом листовом изделии. Полученное листовое изделие, высушенное с помощью нагретого сушильного барабана 70, также характеризуется менее плотной нижней областью с многочисленными порами более равномерных размеров и верхней поверхностью с относительно более крупными отверстиями пор. Более того, в полученном листовом изделии общие размеры пор распределены более равномерно по разным областям (например, верхней, средней, нижней).
Преобразование нескольких листов в многослойные структуры
После формирования гибких растворимых пористых твердых листов в соответствии с описанием выше в настоящем документе два или более таких листов можно дополнительно комбинировать и/или обрабатывать с образованием растворимых твердых изделий OCF любых желаемых трехмерных форм, включая, без ограничений: сферическую, кубическую, прямоугольную, продолговатую, цилиндрическую, стержневую, листовую, в форме цветка, веерообразную, звездообразную, дискообразную и т.п. Листы можно комбинировать и/или обрабатывать любыми средствами, известными в данной области техники, примеры которых включают, без ограничений, химические средства, механические средства и их комбинации. Такие этапы комбинации и/или обработки в совокупности называются в настоящем документе процессом «преобразования», т.е. процессом, который служит для преобразования двух или более гибких растворимых пористых листов OCF в растворимое твердое изделие желаемой трехмерной формы.
Многослойные растворимые твердые изделия OCF, образованные путем наложения друг на друга множества слоев твердых листовых изделий OCF, характеризуются максимальным размером D и минимальным размером z (который перпендикулярен максимальному размеру), в то время как отношение D/z (в дальнейшем также называемое «аспектным отношением») находится в диапазоне от 1 до около 10, альтернативно от около 1,4 до около 9, альтернативно от около 1,5 до около 8, альтернативно от около 2 до около 7. Следует отметить, что, если аспектное отношение равно 1, растворимое твердое изделие имеет сферическую форму. Если аспектное отношение составляет около 1,4, растворимое твердое изделие имеет кубическую форму.
Многослойное растворимое твердое изделие OCF может иметь минимальный размер z, который составляет более чем около 3 мм, но менее чем около 20 см, альтернативно от около 4 мм до около 10 см, альтернативно от около 5 мм до около 30 мм.
Вышеописанное многослойное растворимое твердое изделие OCF может содержать более двух таких гибких растворимых пористых листов. Например, оно может содержать от около 4 до около 50, альтернативно от около 5 до около 40, альтернативно от около 6 до около 30 указанных гибких растворимых пористых листов. Улучшенные структуры OCF в гибких растворимых пористых листах позволяют складывать много листов (например, 15-40) друг на друга, при этом по-прежнему обеспечивая удовлетворительную общую скорость растворения для всей стопки.
В одном примере многослойное растворимое твердое изделие может содержать от 15 до 40 слоев описанных выше гибких растворимых пористых листов и имеет аспектное отношение в диапазоне от около 2 до около 7.
В Таблицах с 4 по 11 в дальнейшем показаны примеры различных твердых изделий OCF, предназначенных для ухода за бельем и ухода за волосами.
Приготовили влажные предварительные смеси со следующими композициями ПАВ/полимеров для изделий по уходу за бельем и изделий по уходу за волосами, описанными в Таблице 4 и Таблице 5 ниже, соответственно.
Вязкость композиции влажной предварительной смеси, представленной в Таблице 4, составляет около 14309,8 сП. После аэрации средняя плотность такой аэрированной влажной предварительной смеси составляет около 0,25 г/см3.
Вязкость композиции влажной предварительной смеси, представленной в Таблице 5, составляет около 19254,6 сП. После аэрации средняя плотность такой аэрированной влажной предварительной смеси составляет около 0,225 г/см3.
Гибкие пористые растворимые твердые листовые изделия А и В получены из вышеуказанных влажных предварительных смесей, описанных в Таблицах 4 и 5, с применением аэратора непрерывного действия (Aeros) и поворотного сушильного барабана со следующими настройками и условиями, приведенными ниже в Таблице 6.
Гибкое пористое растворимое твердое листовое изделие OCF С также получено из вышеуказанной влажной предварительной смеси, описанной в Таблице 4, с применением аэратора непрерывного действия (Oakes) и формы, помещенной на нагревательную плиту (которая обеспечивает теплопроводный нагрев снизу) со следующими настройками и условиями, приведенными ниже в Таблице 7.
Кроме того, гибкие пористые растворимые твердые листовые изделия OCF получены из вышеуказанных влажных предварительных смесей, описанных в Таблицах 4 и 5, с применением аэратора непрерывного действия (Oakes) и формы, помещенной в печь с принудительным обдувом струями горячего воздуха, со следующими настройками и условиями, приведенными ниже в Таблице 8.
Ниже в Таблицах с 9 по 11 приведены различные физические параметры и поровые структуры, измеренные для твердых листовых изделий OCF А-С и I-II, изготовленных с применением описанных выше влажных предварительных смесей и способов сушки.
В Таблицах с 12 по 17 в дальнейшем показаны примеры различных твердых изделий OCF, предназначенных для личной гигиены, ухода за бельем и усилителей ткани.
Гибкие пористые растворимые твердые листы со структурами OCF получены из вышеуказанных влажных предварительных смесей 1-5, описанных в Таблицах 12-16, с применением аэратора непрерывного действия (Aeros) и поворотного сушильного барабана со следующими настройками и условиями, приведенными ниже в Таблице 17.
СПОСОБЫ ИСПЫТАНИЙ
Испытание 1. Способ проверки растворения вручную
Необходимые материалы:
Изделия, подлежащие испытанию: испытывают 35 образцов таким образом, чтобы рассчитать среднее количество движений для каждого отдельного образца, и регистрируют среднее значение растворения вручную. Для этого способа тестируют целый образец для продажи или использования потребителем. Если целый образец для продажи или использования потребителем представляет собой подкладку площадью более 50 см2, то сначала разрезают изделие, чтобы оно имело площадь 50 см2.
Нитриловые перчатки
Шприц 10 см3
Пластиковое блюдце весов (~3 дюйма × 3 дюйма)
Стеклянный лабораторный стакан 100 мл
Вода (вода г. Цинциннати, или аналогичная со следующими характеристиками:
общая жесткость - 155 мг/л в виде СаСО2; содержание кальция - 33,2 мг/л;
содержание магния = 17,5 мг/л; содержание фосфата = 0,0462 мг/л). Используется вода с жесткостью 7 гранов на галлон (gpg) и 40°С +/- 5°С
Протокол:
• Добавляют 80 мл воды в стеклянный лабораторный стакан.
• Нагревают воду в стакане до температуры 40°С +/- 5°С.
• Переносят 15 мл воды из стакана в блюдце весов шприцом.
• В течение 10 секунд после переноса воды на блюдце весов помещают образец на ладонь руки в перчатке (ладонь недоминантной руки, сложенную в форме чашки для удержания образца).
• Используя доминантную руку, быстро добавляют воду из блюдца весов к образцу и дожидаются смачивания в течение 5-10 секунд.
• Растирают другой доминантной рукой (также в перчатке) 2 быстрыми круговыми движениями.
• Визуально проверяют образец в руке после 2 растирающих движений. Если образец полностью растворен, записывают количество движений = 2 движения для растворения. Если не полностью растворен, растирают оставшуюся часть образца еще одним движением (всего 3) и наблюдают степень растворения. Если образец не содержит твердых кусочков после дополнительного движения, регистрируют число движений = 3 движения для растворения. Если после 3 движений образец все еще содержит твердые нерастворенные кусочки, продолжают растирать дополнительным круговым движением и проверяют, имеются ли оставшиеся твердые кусочки после каждого дополнительного движения, до полного растворения образца или до достижения общего количества в 30 движений, в зависимости от того, что наступит раньше. Регистрируют общее количество движений. Регистрируют 30 движений для растворения, даже если кусочки образцов остаются после максимум 30 движений.
• Повторяют этот процесс для каждого из дополнительных 4 образцов.
Рассчитывают среднее арифметическое записанных значений движений для растворения для 3-5 образцов и регистрируют как среднее значение растворения вручную для изделия. Среднее значение растворения вручную указывается с точностью до единицы движения для растворения.
Испытание 2: Способ испытания на стабильность
Продукты саше (герметичное саше, содержащее изделие, или герметичное саше, содержащее жидкость) определяют как удовлетворяющие требованиям способа испытания стабильности, если они имеют по меньшей мере прочность соединения ≥ 75 Н/м (минимальные требования: легко отслаивающееся соединение), демонстрируют целостность соединения по всему периметру и удовлетворяют требованиям ускоренного испытания стабильности, как описано ниже.
Испытание 3: Средняя прочность соединения
Этот метод испытания выполняют в соответствии с ASTM F88. Готовят герметизированные образцы для испытания путем разрезания 1-дюймовой полоски соединения. Края должны иметь ровный срез и быть перпендикулярны направлению соединения. Образцы кондиционируют в течение 36 часов при 72°F; 50% ОВ. Каждую ножку испытываемого образца зажимают в приборе для измерения прочности шва с давлением 2,95 бар ± 0,1. Соединение тестируют со скоростью разделения сцепления 300 мм/мин. Для каждого цикла регистрируют максимальное усилие, когда образец разрушается при стрессовом воздействии, и определяют тип разрушения. Для расчета средней прочности соединения тестируют пять образцов для каждой ножки. Средняя прочность соединения определяется как: отсутствие/слабое соединение, если < 75 Н/м; легкое отслаивание, если 75 - 250 Н/м; трудное отслаивание, если 250 - 500 Н/м; фиксирующее соединение, если более 500 Н/м. Отслаивающиеся соединения обычно разрушаются адгезивно; в то время как фиксирующие соединения - когезивно.
Испытание 4: Ускоренное испытание стабильности
Продукты саше удовлетворяют требованиям ускоренного испытания стабильности, если они имеют приемлемую целостность упаковки, целостность сухого изделия и характеристики изделия, указанные ниже.
Продукты саше тестируют в условиях ускоренного испытания стабильности (40°С, 75% OB) в течение периода (например, 2 недель, 4 недель, 8 недель, 12 недель и/или шести месяцев). После указанного периода пять продуктов саше визуально исследуют на целостность упаковки. Продукт саше имеет приемлемую целостность упаковки, если (1) отсутствуют признаки распадаемости или отслаивания саше, и соединение саше является интактным, что определяется визуальным обнаружением и (2) внутренние слои саше проверяют на предмет признаков загрязнения (путем визуального обнаружения и при 10 x микроскопии) после применения сжимающей нагрузки, как описано ниже.
Затем продукт саше подвергают сжимающей нагрузке 18 фунтов на кв. дюйм (124,1 кПа) в течение 15 секунд, и изделие удаляют из саше и хранят при 25°С, 60% OB в течение 1 дня. Изделие проверяют на целостность сухого изделия и характеристики изделия. Изделие имеет приемлемую целостность сухого изделия, если при визуальном обнаружении изделие представляет собой цельную структуру. Например, изделие не считается цельной структурой, если в процессе ускоренного испытания стабильности оно потрескалось или отслоилось. Изделие имеет приемлемые характеристики, если требуется менее 15 движений в испытании на растворение вручную, как описано в настоящем документе, и при визуальном обнаружении во время испытания на растворение вручную растворение является однородным (без ломтиков или частиц) и по существу однородного цвета.
Испытание 5: Способ растровой электронной микроскопии (РЭМ) для определения среднего диаметра пор листового изделия.
Настольный микроскоп Hitachi ТМ3000 (серийный №: 123104-04) используют для получения микрофотографий образцов, выполненных с помощью РЭМ. Площадь образцов твердых листовых изделий OCF составляет приблизительно 1 см × 1 см, их вырезают из листов большего размера. Изображения получают при 50-кратном увеличении, на устройстве работают при 15 кВ. Получают как минимум 5 микрофотографических изображений произвольно выбранных мест на каждом образце, в результате чего общая проанализированная площадь составляет приблизительно 43,0 мм2, по которой оценивают средний диаметр пор.
Затем микрофотографии, выполненные с РЭМ, прежде всего обрабатывают с помощью комплекта инструментов для анализа изображений в программе Matlab. При необходимости изображения конвертируют в оттенки серого цвета. Для данного изображения генерируется гистограмма значений интенсивности для каждого отдельного пикселя с помощью функции Matlab 'imhisf'. Обычно из такой гистограммы очевидны два отдельных распределения, соответствующих пикселям более яркой поверхности листа и пикселям более темных областей внутри пор. Выбирают пороговое значение, соответствующее значению интенсивности между пиковым значением этих двух распределений. Затем всем пикселям, имеющим значение интенсивности ниже данного порогового значения, присваивают значение интенсивности 0, а пикселям, имеющим более высокое значение интенсивности, присваивают значение 1 и таким образом получают двоичное черно-белое изображение. Затем двоичное изображение анализируют с помощью программы ImageJ (https://imagej.nih.gov, версия 1.52а) для изучения как доли площади пор, так и распределения пор по размерам. Масштабную метку каждого изображения используют для определения коэффициента масштабирования пиксель/мм. В целях анализа используют функции автоматического определения пороговых значений и анализа частиц для выделения каждой поры. Выходной результат функции анализа включает долю площади для изображения в целом, а также площадь пор и периметр пор для каждой отдельной обнаруженной поры.
Средний диаметр пор определяется как DA50: 50% общей площади пор состоит из пор, имеющих одинаковые или меньшие гидравлические диаметры, чем средний диаметр DA50.
Гидравлический диаметр = '4 * Площадь поры (м2) / Периметр поры (м)'.
Он представляет собой эквивалентный диаметр, рассчитанный с учетом того, что не все поры являются круглыми.
Испытание 6: Метод компьютерной микротомографии (мкКТ) для определения общего или регионального среднего размера пор и средней толщины стенки ячеек для пеноматериалов с открытыми ячейками (OCF)
Пористость представляет собой отношение объема пустого пространства к общему объему пространства, занимаемого OCF. Пористость можно рассчитать по сканам мкКТ путем сегментирования пустого пространства посредством определения пороговых значений и определения отношения количества векселей пустот к общему количеству векселей. Аналогичным образом объемная доля твердого вещества (solid volume fraction - SVF) представляет собой отношение между объемом пространства, занятого твердым веществом, и общим объемом пространства, и значение SVF можно рассчитать как отношение количества занятых векселей к общему количеству векселей. Как пористость, так и SVF представляют собой средние скалярные величины, которые не предоставляют структурную информацию, такую как распределение пор по размерам в направлении высоты OCF или средняя толщина стенок ячеек распорок OCF.
Чтобы охарактеризовать трехмерную структуру OCF, образцы визуализируют с помощью рентгеновского сканирующего мкКТ-прибора, способного получать набор данных с высоким изотропным пространственным разрешением. Одним примером подходящего прибора является мкКТ-сканер системы SCANCO, модель 50 (Scanco Medical AG, Brüttisellen, Швейцария), работающий со следующими настройками: уровень энергии 45 кВп при 133 мкА; 3000 проекций; поле зрения 15 мм; время интегрирования 750 мс; усреднение 5; и размер векселя 3 мкм на пиксель. После завершения сканирования и последующей реконструкции данных сканер создает набор 16-битных данных, называемый «файлом ISO», в котором уровни серого отражают изменения в затухании рентгеновского излучения, что, в свою очередь, относится к плотности материала. Затем файл ISQ преобразуют в 8 бит с использованием коэффициента масштабирования.
Сканируемые образцы OCF обычно готовят путем пробивания сердцевины диаметром приблизительно 14 мм. Выбитый образец OCF укладывают горизонтально на пеноматериал с низким ослаблением, затем устанавливают в пластиковую цилиндрическую трубку диаметром 15 мм для сканирования.
Сканирование образцов получают таким образом, чтобы в набор данных включался весь объем всего установленного вырезанного образца. Из этого более крупного набора данных извлекают меньший субобъем набора данных по образцу из общего поперечного сечения отсканированного пеноматериала с открытыми ячейками (OCF) с созданием трехмерного слоя данных, где можно осуществить качественную оценку пор без краевых/граничных эффектов.
Чтобы охарактеризовать распределение пор по размерам в направлении высоты и размер распорок, в отношении набора данных субобъема осуществляют алгоритм карты локальных толщин (Local Thickness Map - LTM). Метод LTM начинается с построения карты евклидовых расстояний (Euclidean Distance Mapping - EDM), в ходе которого присваиваются значения уровня серого, равные расстоянию, на котором находится каждый пустой воксел от ближайшей границы. На основании данных EDM выполняют тесселяцию трехмерного пустого пространства, представляющего поры (или трехмерного пространства твердого вещества, представляющего распорки), сферами, размеры которых соответствует значениям EDM. Векселям, охватываемым сферами, присваивают значение радиуса наибольшей сферы. Другими словами, каждому пустому векселю (или векселю твердого вещества для распорок) присваивается радиальное значение наибольшей сферы, которая вписывается в границу пустого порового пространства (или границу пространства твердого вещества для распорок), и включает в себя назначенный воксел.
Выходной результат в виде трехмерного распределения меченых сфер, полученный от сканирования данных LTM, можно рассматривать как стек двух двухмерных изображений в направлении высоты (или в направлении Z) и использовать для оценки изменения диаметра сферы от среза до среза в зависимости от глубины OCF. Толщина распорки рассматривается как набор трехмерных данных, и среднее значение можно оценить для всего субобъема или его частей. Расчеты и измерения проводили с использованием программного обеспечения AVIZO Lite (9.2.0) от компании Thermo Fisher Scientific и MATLAB (R2017a) от Mathworks.
Испытание 7: Процентное содержание открытых ячеек в листовом изделии
Процентное содержание открытых ячеек измеряют с помощью газовой пикнометрии. Газовая пикнометрия представляет собой распространенную аналитическую методику, согласно которой для точного измерения объема применяют метод вытеснения газа. В качестве вытесняющей среды используют инертные газы; такие как гелий или азот. Образец твердого листового изделия OCF герметично закрывают в отсеке прибора известного объема, подают соответствующий инертный газ и затем расширяют до другого прецизионного внутреннего объема. Давление до и после расширения измеряют и используют для вычисления объема образца изделия.
В стандартном методе испытания ASTM D2856 описана процедура определения процентного содержания открытых ячеек с помощью более старой модели воздушного пикнометра сравнения. Данное устройство больше не производится. Однако можно удобно и точно определить процентную долю открытых ячеек путем проведения теста с использованием пикнометра AccuPyc компании Micromeritics. В процедуре ASTM D2856 описаны 5 способов (А, В, С, D и Е) для определения процента открытых пор в пеноматериалах. Для этих экспериментов образцы можно проанализировать с помощью пикнометра Accupyc 1340 с использованием газообразного азота и с помощью программного обеспечения ASTM Foampyc. Для расчета процентного содержания открытых ячеек следует использовать способ С процедуры ASTM. В этом способе просто сравнивают геометрический объем, определенный с помощью толщиномера и стандартных расчетов объема с объемом открытых ячеек, измеренным с помощью пикнометра Accupyc, согласно следующему уравнению:
Процент открытых ячеек = Объем открытых ячеек образца / Геометрический объем образца * 100
Рекомендуется, чтобы эти измерения проводились компанией Micromeritics Analytical Services, Inc. (One Micromeritics Dr, Suite 200, г. Норкросс, штат Джорджия, 30093). Более подробная информация о данной методике приведена на веб-сайтах Micromeritics Analytical Services (www.particletesting.com или www.micromeritics.com) и опубликована в книге «Analytical Methods in Fine Particle Technology», авторы Clyde Orr и Paul Webb.
Испытание 8: Окончательное содержание влаги в листовом изделии
Окончательное содержание влаги в твердом листовом изделии OCF получают с помощью анализатора влажности Mettler Toledo HX204 (серийный №В706673091). На измерительный лоток помещают не менее 1 г высушенного листового изделия. Затем выполняют стандартную программу с дополнительными программными настройками: время анализа 10 минут, температура 110°С.
Испытание 9: Толщина листового изделия
Толщину гибкого пористого растворимого твердого листового изделия OCF получают с помощью микрометра или толщиномера, например микрометра Mitutoyo Corporation Digital Disk Stand Micrometer Model No IDS-1012E (Mitutoyo Corporation, 965 Corporate Blvd. г. Орора, штат Иллинойс, США 60504). У микрометра имеется пластина диаметром 1 дюйм массой около 32 грамм, с помощью которой измеряется толщина при давлении прижатия около 0,09 фунт/кв. дюйм (6,32 г/см2).
Толщину гибкого пористого растворимого твердого листового изделия OCF измеряют путем поднятия пластины, помещения части листового изделия на подставку под пластиной, аккуратного опускания пластины до соприкосновения с листовым изделием, отпускания пластины и измерения толщины листового изделия в миллиметрах по цифровой индикации. Листовое изделие должно быть полностью растянуто до всех краев пластины, чтобы обеспечить измерение толщины при минимальном возможном поверхностном давлении, за исключением случая более жестких субстратов, которые не являются плоскими.
Испытание 10: Основная масса листового изделия
Основную массу гибкого пористого растворимого твердого листового изделия OCF рассчитывают как массу листового изделия на его площадь (грамм/м2). Площадь рассчитывают как площадь, проецируемую на плоскую поверхность, перпендикулярную внешним краям листового изделия. Твердые листовые изделия OCF нарезают на квадратные образцы размером 10 см × 10 см, поэтому площадь известна. Затем каждый из таких квадратных образцов взвешивают, и потом полученную массу делят на известную площадь 100 см2 для определения соответствующей основной массы.
Для изделия неправильной формы, если это плоский объект, площадь вычисляют, исходя из площади, заключенной внутри внешнего периметра такого объекта. Для сферического объекта площадь вычисляют исходя из среднего диаметра как 3,14 × (диаметр/2)2. Для цилиндрического объекта площадь вычисляют исходя из среднего диаметра и средней длины как диаметр × длина. Для трехмерного объекта неправильной формы площадь вычисляют исходя из стороны с наибольшими внешними размерами, спроецированной на плоскую поверхность, ориентированную перпендикулярно этой стороне. Это можно осуществить путем тщательного нанесения внешних размеров объекта на масштабно-координатной бумаге карандашом с последующим вычислением площади путем приблизительного подсчета квадратов и умножения на известную площадь квадратов либо путем фотографирования нанесенной площади (заштрихованной для контраста), включая шкалу, и применения методик анализа изображений.
Испытание 11: Плотность листового изделия
Плотность гибкого пористого растворимого твердого листового изделия OCF определяют по уравнению: Расчетная плотность = основная масса пористого твердого изделия / (толщина пористого твердого изделия × 1000). Основную массу и толщину растворимого пористого твердого изделия определяют в соответствии с методиками, описанными выше в настоящем документе.
Испытание 12: Удельная площадь поверхности листового изделия
Удельную площадь поверхности гибкого пористого растворимого твердого листового изделия OCF измеряют методом адсорбции газа. Площадь поверхности является мерой открытой поверхности твердого образца в молекулярном масштабе. Теория BET (Brunauer, Emmet и Teller) является самой популярной моделью, используемой для определения площади поверхности, и основана на изотермах адсорбции газа. В методе адсорбции газа используют физическую адсорбцию и капиллярную конденсацию для измерения изотермы адсорбции газа. Методику можно кратко описать в виде следующих этапов; образец помещают в пробирку для образца и нагревают под вакуумом или в потоке газа для удаления загрязнений с поверхности образца. Массу образца получают путем вычитания массы пустой пробирки для образца из общей массы дегазированного образца и пробирки для образца. Затем пробирку с образцом помещают в отверстие для анализа и приступают к анализу. Первый этап процесса анализа заключается в вакуумировании пробирки с последующим измерением объема свободного пространства в пробирке с использованием газообразного гелия при температуре жидкого азота. Затем проводят вакуумирование второй раз для удаления газообразного гелия. Затем прибор начинает определять изотерму адсорбции путем добавления газообразного криптона через установленные пользователем интервалы времени до тех пор, пока не будут достигнуты требуемые результаты измерения давления. Затем образцы могут быть проанализирована с помощью системы ASAP 2420 с адсорбцией газообразного криптона. Рекомендуется, чтобы эти измерения проводились компанией Micromeritics Analytical Services, Inc. (One Micromeritics Dr, Suite 200, г. Норкросс, штат Джорджия, 30093). Более подробная информация о данной методике приведена на веб-сайтах Micromeritics Analytical Services (www.particletesting.com или www.micromeritics.com) и опубликована в книге «Analytical Methods in Fine Particle Technology», авторы Clyde Orr и Paul Webb.
Испытание 13: Проницаемость для водяных паров (MVTR)
Этот способ испытания в основном проводят согласно стандарту ASTM F1249-13. Температура исследуемого газа устанавливается до 38°С (±0,56°С) и относительной влажности до 90% (±3%). В качестве газа-носителя используется 100% N2 (сухой). Оборудование, применяемое для проведения испытания, представляет собой инструмент Permatran-W для тестирования проницаемости для водяных паров в соответствии с письменной процедурой QMS 702-004. Для материалов, которые не попадают под действие (§ 1.1) ASTM F-1249-13, способ испытания проницаемости для водяных паров не применяется.
Если защитные свойства конкретной подложки являются слишком низкими, особенно если покрытия на бумажных подложках очень тонкие и не обеспечивают хорошее уплотнение оборудования, то измерить MVTR согласно стандарту ASTM F1249-13 невозможно. В этих случаях используют другой способ испытания, т.е. способ испытания стаканчиком по стандарту ASTM E96. Однако результаты двух различных методов испытаний можно сравнивать. Согласно ASTM E96 температура составляла 38°С, а относительная влажность составляла 90%.
Для любого способа испытания скорость проницаемости водяных паров сообщается в г/м2/сутки. При нормировании на толщину барьера проницаемость для водяных паров сообщается в г. мкм/м2/сутки.
Все тесты MVTR проводились в Mocon Labs в Миннеаполисе.
Испытание 14: Скорость проникновения кислорода (OTR)
Этот способ испытания в основном проводят в соответствии с ASTM F1927 при следующих условиях: Температура исследуемого газа составляет 23°С (±0,56°С), а его относительная влажность составляет 80% (±3%), а концентрация исследуемого газа составляет 100% O2. В качестве газа-носителя используется 98% N2 и 2% Н2, а влажность газа-носителя составляет 0%. Давление испытательного газа составляет 760 мм рт.ст. Оборудование, применяемое для выполнения данного испытания, представляет собой инструмент Oxtric 2/21 для тестирования проникновения кислорода, описанный в процедуре испытания QMS 702-002.
Если защитные свойства конкретной подложки являются слишком низкими, особенно если покрытия на бумажных подложках очень тонкие и не обеспечивают хорошее уплотнение оборудования, то измерить MVTR согласно стандарту ASTM F1927 невозможно. В этих случаях используют другой способ испытания, т.е. F3136. Однако результаты двух различных способов испытаний могут быть примерно сопоставимы. Для F3136 температура исследуемого газа составляет 23°С (±0,56°С), а его относительная влажность составляет 39%, а концентрация исследуемого газа составляет 20,9% O2 (комнатный воздух). Оборудование, применяемое для выполнения данного теста, представляет собой инструмент Mocon OpTech-O2 модель Р в соответствии с процедурой тестирования QMS 702-002.
Для любого способа испытания скорость проникновения кислорода сообщается см3/м2/сутки. При нормировании на толщину барьера скорость проницаемости водяных паров указывается в см3.мкм/м2/сутки.
Все тесты OTR проводили в Mocon Labs в Миннеаполисе, США.
Испытание 15: Испытание на устойчивость к загрязнению (тест с использованием набора)
Устойчивость к загрязнению измеряли с использованием теста на устойчивость к загрязнению TAPPI Т 559 см-12 для бумаги и картона. Испытания на устойчивость к загрязнению проводили в компании SGS Integrated Paper Services в Аплтон, Висконсин, США.
Образцы тестировали и кондиционировали в стандартных условиях TAPPI.
Образцы не подвергали предварительному кондиционированию.
Испытание на устойчивость к загрязнению TAPPI Т 559 см-12 для проб бумаги и картона и образцов, прошедших Набор 12, регистрируют как больше или равно 12.
Если не указано иное, указанное значение KIT измеряют на стороне, обращенной к продукту (внутренняя сторона).
Испытание 16: Общая толщина подложки / отдельных слоев для общей пленки / отдельных слоев
Толщину общей пленки / отдельных слоев измеряют путем разрезания поперечного сечения образца пленки толщиной 20 мкм посредством скользящего микротома (например, Leica SM2010 R), помещения ее под оптический микроскоп в режиме светопроницаемости (например, Leica Diaplan) и применения программного обеспечения для анализа изображений. Водорастворимые слои нанопластинок сильно контрастируют с водорастворимыми полимерными слоями. В случае смежных водорастворимых полимерных слоев контраст может быть достигнут путем добавления различных индикаторов, таких как наночастицы 0,5% родамина В или 0,5% диоксида титана по массе.
Испытание 17: Устойчивость к разрыву пленки.
Этот метод испытания выполняют в соответствии с ASTM D1922-15 (метод Эльмендорфа) с использованием типа оборудования и с соблюдением приготовления образца, указанного в методе испытания. Образец имеет по существу прямоугольную нижнюю часть и полукруглую верхнюю часть. Нижняя часть содержит прорезь, которая предварительно вырезана или применена в инструменте, проходящую к верхней части 91 и имеет длину 20 мм в направлении, перпендикулярном длине нижнего края и по существу выровненному относительно направления обработки пленки. Образец прикрепляется между двумя зажимами. Затем запускают маятник и оставляют его свободно качаться по меньшей мере один раз. Остановите маятник вручную при наличии разрыва пробы. Устойчивость к разрыву должна быть указана в мН.
Испытание 18: Размер
Размер или толщину однослойного тестируемого образца измеряют при статической нагрузке микрометра в соответствии с фармакопейным методом ISO 534 с изменениями, указанными в настоящем документе. Все измерения проводят в лаборатории, в которой поддерживается режим с температурой 23°С ± 2°С и относительной влажностью 50% ± 2%, и тестируемые образцы кондиционируют в этой среде в течение по меньшей мере 2 часов до тестирования.
Толщину измеряют с помощью микрометра, оснащенного прижимной лапкой, способной оказывать постоянное давление 70 кПа ± 0,05 кПа на тестируемый образец. Микрометр представляет собой прибор со статической нагрузкой с точностью измерения до 0,1 мкм. Приемлемый прибор представляет собой цифровой микрометр TMI Digital Micrometer модель 49-56, поставляемый компанией Testing Machines Inc., г. Нью-Касл, штат Делавэр, или эквивалентный прибор. Прижимная лапка представляет собой плоскую шлифованную круглую подвижную поверхность, диаметр которой меньше тестируемого образца и которая способна оказывать требуемое давление. Приемлемая прижимная лапка имеет диаметр 16,0 мм. Тестируемый образец поддерживается горизонтальной плоской опорной платформой, размер которой превышает размер прижимной лапки и которая параллельна поверхности прижимной лапки. Систему калибруют и эксплуатируют согласно инструкциям производителя.
Измерения проводят на однослойных тестируемых образцах, взятых из рулонов или листов сырьевого материала, или тестируемых образцах, полученных из готовой упаковки. При вырезании тестируемого образца из готовой упаковки необходимо соблюдать осторожность, чтобы не загрязнить или не деформировать образец в ходе процесса. Вырезанный образец не должен содержать остаточного адгезива и должен быть вырезан из области упаковки, которая не содержит каких-либо швов или складок. Тестируемый образец в идеале должен иметь площадь 200 мм2 и должен быть больше прижимной лапки.
Для измерения толщины сначала определяют нуль микрометра относительно горизонтальной плоской опорной платформы. Помещают тестируемый образец на платформу, чтобы место проведения испытания находилось под прижимной лапкой. Осторожно опускают прижимную лапку со скоростью снижения 3,0 мм в секунду до тех пор, пока на тестируемый образец не будет оказано полное давление. По истечении 5 секунд регистрируют толщину тестируемого образца с точностью до 0,1 мкм. Аналогичным образом повторяют процедуру для всех десяти повторных тестируемых образцов. Рассчитывают среднее арифметическое значение для всех измерений толщины и регистрируют значение как толщину с точностью до 0,1 мкм.
Испытание 19: Основная масса
Основная масса тестируемого образца представляет собой массу (в граммах) на единицу площади (в квадратных метрах) одного слоя материала и ее измеряют в соответствии с фармакопейной методикой ISO 536. Тестируемый образец вырезают до известной площади, и массу образца определяют с помощью аналитических весов с точностью до 0,0001 грамма. Все измерения проводят в лаборатории, в которой поддерживается режим с температурой 23°С ± 2°С и относительной влажностью 50% ± 2%, и тестируемые образцы кондиционируют в этой среде в течение по меньшей мере 2 часов до тестирования.
Измерения проводят на тестируемых образцах, полученных из рулонов или листов сырьевого материала, или тестируемых образцах, полученных из готовой упаковки. При вырезании тестируемого образца из готовой упаковки необходимо соблюдать осторожность, чтобы не загрязнить или не деформировать образец в ходе процесса. Вырезанный образец не должен содержать остаточного адгезива и должен быть вырезан из области упаковки, которая не содержит каких-либо швов или складок. Тестируемый образец должен быть максимально большим, чтобы учитывать любую присущую материалу изменчивость.
Размеры однослойного тестируемого образца измеряют с использованием калиброванной стальной металлической линейки, регулируемой NIST, или эквивалентной линейкой. Рассчитывают площадь тестируемого образца и регистрируют с точностью до 0,0001 квадратного метра. Используют аналитические весы для получения массы тестируемого образца и регистрируют с точностью до 0,0001 грамма. Рассчитывают основную массу путем деления массы (в граммах) на площадь (в квадратных метрах) и регистрируют с точностью до 0,01 грамма на квадратный метр (г/м2). Аналогичным образом повторяют процедуру для всех десяти повторных тестируемых образцов. Рассчитывают среднее арифметическое значение основной массы и регистрируют с точностью до 0,01 грамма/квадратный метр.
ПРИМЕРЫ
В Таблицах 18-22 представлены примеры саше, которые можно использовать для потребительских продуктов. Саше представляют собой герметичные саше. В этих примерах температура сварки может составлять 110-170°С, время сварки 0,5 секунды и давление сварки 3 бар. Независимо от того, является ли саше биоразлагаемым, компостируемым в домашних условиях и/или перерабатываемым, можно определить отдельные слои саше путем тестирования, а также определить, соответствуют ли они критериям, описанным в настоящем документе. Приемлемую целостность упаковки, целостность сухого изделия и характеристики изделия определяли в соответствии с ускоренным испытанием стабильности.
В Примере 1 показано коммерчески доступное саше, используемое для жидкого шампуня, которое не является биоразлагаемым, компостируемым в домашних условиях или перерабатываемым.
Большинство биоразлагаемых или компостируемых в домашних условиях пленок не совместимы с жидкими продуктами. В Примере 2 саше содержит 120 г/м2 РНА, который является биоразлагаемым и компостируемым в домашних условиях. Однако было обнаружено, что пленки из РНА испытывают слишком высокую потерю воды в течение срока хранения (например, от 6 месяцев до 3 лет), чтобы считаться промышленно приемлемыми для использования с жидкими продуктами.
Примеры 3, 4, 5 и 6 демонстрируют различные биоразлагаемые и компостируемые в домашних условиях пленки, используемые в комбинации с изделиями с крученым волокном. В этих примерах влагостойкость пленки оказалась недостаточной для защиты изделия с крученым волокном, что приводит к слабому растворению и неприемлемому внешнему виду и целостности изделия с течением времени.
Примеры 7, 8, 9, 10, 11 и 12 демонстрируют различные структуры саше, включая пленки из целлюлозы в комбинации с изделиями OCF. Все эти пленки являются компостируемыми в домашних условиях и биоразлагаемыми. В этих примерах было обнаружено, что саше имеют относительно низкую устойчивость к разрыву по сравнению с существующими саше из слоистой фольги, которые позволяют потребителям разорвать саше исключительно с помощью рук (т.е. без использования зубов или ножниц). Было обнаружено, что легче всего открываются изделия из Natureflex® NKA (пример 7) и Natureflex® NE (пример 8) целлюлозы. Однако эти саше имеют слабое отрывное усилие и могут разрушаться во время транспортировки и доставки, особенно если саше защемляется или сжимается. Таким образом, может быть желательно включить внутренний слой из ПБСА или РНА или ПВС (примеры 9, 10, 11 и 12). Даже несмотря на то, что отрывное усилие немного выше, оно остается достаточно низким, чтобы быть приемлемым для потребителя, и оно ниже, чем таковое в существующем многослойном саше.
Примеры 19-34 в Таблицах 20-22 демонстрируют различные структуры саше, включая бумажные пленки в комбинации с изделиями OCF. Эти структуры саше являются биоразлагаемыми и/или компостируемыми в домашних условиях и/или пригодными для переработки. Примеры 19 и 20 демонстрируют структуру бумажных саше, которые являются биоразлагаемыми, но подвержены выщелачиванию поверхностно-активного вещества при воздействии высокой температуры хранения и высокой относительной влажности. Было обнаружено, что можно добавить влагонепроницаемый слой и/или слой защиты от загрязнений между продуктом, чтобы остановить или значительно замедлить выщелачивание поверхностно-активного вещества до приемлемого уровня.
Примеры 21-34 демонстрируют различные биоразлагаемые структуры саше, включая бумажные пленки в комбинации с изделиями OCF, которые обеспечивают удовлетворительную устойчивость. Все эти структуры включают в себя внутренний слой из ПБСА или РНА или ПВС. В примерах 24, 25, 26, 28 и 34 описаны биоразлагаемые бумажные структуры саше, которые также считаются пригодными для переработки. В примере 22 описана биоразлагаемая бумажная структура саше, пригодность которой для компостирования в домашних условиях была доказана. Было обнаружено, что добавление биоразлагаемого воска, такого как пчелиный воск (примеры 29, 30, 31, 32, 33) или карнаубский воск 34, может быть полезным для обеспечения устойчивости к забрызгиванию водой, что желательно для обеспечения дополнительного барьера, поскольку эти саше могут храниться в открытой среде в часто посещаемых магазинах. В примере 31 полагается, что бумага Leine Nature® имеет особенно высокую скорость биоразложения.
Комбинации:
А. Продукт саше, включающий в себя биоразлагаемый и/или компостируемый в домашних условиях саше, содержащий переднюю пленку и заднюю пленку, состоящую из:
а. переднего среднего слоя и заднего среднего слоя, состоящего из бумаги с содержанием целлюлозы более 85%;
b. передний внутренний слой, соединенный с передним средним слоем, и задний внутренний слой, соединенный с задним средним слоем, причем передний внутренний слой и задний внутренний слой содержат материал внутреннего слоя, выбранный из группы, состоящей из поливинилового спирта, полибутиленсукцината, полибутиленсукцинатадипата, полигидроксиалконоата, поливинилиденхлорида, карнаубского воска, биоразлагаемого термического крахмала и их комбинаций;
причем передний внутренний слой и задний внутренний слой постоянно соединены по периметру и образуют непроницаемое соединение, это соединение образует отделение, адаптированное для хранения твердого изделия, содержащего пеноматериал с открытыми ячейками, включающего:
водорастворимый полимер в объеме от около 10% до около 40%, предпочтительно от около 15% до около 30%, более предпочтительно от около 20% до около 25% от общей массы изделия;
поверхностно-активное вещество в объеме от около 5% до около 80%, альтернативно от около 10% до около 70%, альтернативно от около 30% до около 65% от общей массы изделия, выбранное из группы, состоящей из анионных ПАВ, катионных ПАВ, неионогенных ПАВ, амфотерных ПАВ, цвиттерионных ПАВ и их комбинаций;
процентное содержание открытых ячеек от около 80% до 100%, предпочтительно от около 85% до 100%, более предпочтительно от около 90% до 100% при измерении с помощью Теста 3;
общий средний размер пор от около 100 мкм до около 2000 мкм, альтернативно от около 150 мкм до около 1000 мкм, альтернативно от около 200 мкм до около 600 мкм при измерении методом компьютерной микротомографии, описанным в Тесте 2.
В. Продукт саше из п. А, в котором передняя пленка и задняя пленка дополнительно содержат передний внешний слой, соединенный с передним средним слоем, и задний внешний слой, соединенный с задним средним слоем, причем передняя пленка и задняя пленка содержат биоразлагаемый воск.
С.Продукт саше из п. В, в котором биоразлагаемый воск выбран из группы, состоящей из пчелиного воска, воска жожоба, карнаубского воска и их комбинаций.
D. Продукт саше из пп. А-С, в котором бумага дополнительно содержит связующее вещество из растительного масла.
Е. Продукт саше из пп. A-D, в котором материал внутреннего слоя содержит поливиниловый спирт.
F. Продукт саше из пп. А-Е, в котором передний средний слой и задний средний слой содержат граммаж от приблизительно 30 до приблизительно 120 г/м2, предпочтительно от приблизительно 40 до приблизительно 110 г/м2, более предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 100 г/м2 и еще более предпочтительно от около 60 до около 90 г/м2.
G. Продукт саше, включающий в себя биоразлагаемый и/или компостируемый в домашних условиях саше, содержащий переднюю пленку и заднюю пленку, состоящую из:
а. переднего внешнего слоя и заднего внешнего слоя, содержащего целлюлозу;
b. переднего внутреннего слоя, соединенного с передним внешним слоем, и заднего внешнего слоя, соединенного с задним внешним слоем, причем передний внутренний слой и задний внешний слой содержат материал, выбранный из группы, состоящей из поливинилового спирта, полибутиленсукцината, полибутиленсукцинатадипата, полигидроксиалконоата, карнаубского воска, биоразлагаемого термического крахмала, поливинилиденхлорида и их комбинаций;
причем передний внутренний слой и задний внутренний слой постоянно соединены по периметру и образуют непроницаемое соединение, это соединение образует отделение, адаптированное для хранения твердого изделия, содержащего пеноматериал с открытыми ячейками, включающего:
водорастворимый полимер в объеме от около 10% до около 40%, предпочтительно от около 15% до около 30%, более предпочтительно от около 20% до около 25% от общей массы изделия;
поверхностно-активное вещество в объеме от около 5% до около 80%, альтернативно от около 10% до около 70%, альтернативно от около 30% до около 65% от общей массы изделия, выбранное из группы, состоящей из анионных ПАВ, катионных ПАВ, неионогенных ПАВ, амфотерных ПАВ, цвиттерионных ПАВ и их комбинаций;
процентное содержание открытых ячеек от около 80% до 100%, предпочтительно от около 85% до 100%, более предпочтительно от около 90% до 100% при измерении с помощью Теста 3;
общий средний размер пор от около 100 мкм до около 2000 мкм, альтернативно от около 150 мкм до около 1000 мкм, альтернативно от около 200 мкм до около 600 мкм при измерении методом компьютерной микротомографии, описанным в Тесте 2.
H. Продукт саше из пп. A-G, в котором передний внешний слой и задний внешний слой имеют толщину от около 5 мкм до около 50 мкм, предпочтительно от около 10 мкм до около 40 мкм, а более предпочтительно от около 15 мкм до около 30 мкм.
I. Продукт саше из пп. А-Н, в котором передний внутренний слой и задний внутренний слой имеют толщину от около 1 мкм до около 150 мкм, предпочтительно от около 2 мкм до около 100 мкм, более предпочтительно от около 3 мкм до около 40 мкм и еще более предпочтительно от около 10 мкм до около 30 мкм.
J. Продукт саше из пп. A-I, в котором саше является биоразлагаемым и компостируемым.
K. Продукт саше из пп. A-J, в котором саше является пригодным для переработки.
L. Продукт саше из пп. А-K, в котором саше представляет собой герметичное саше.
М. Продукт саше из пп. A-L, в котором продукт саше имеет MVTR от около 0,01 до около 50 г/м2/сутки, предпочтительно от около 0,05 до около 40 г/м2/сутки или от около 0,1 до около 30 г/м2/сутки, и еще более предпочтительно от около 0,2 до около 15 г/м2/сутки, измеренную в соответствии со стандартом ASTME96-16.
N. Продукт саше из пп. А-М, в котором саше имеет устойчивость к разрыву менее 550 нМ в соответствии с D1922-15, метод Эльмендорфа, машинное направление разрыва.
О. Продукт саше из пп. A-N, в котором соединение имеет прочность от около 250 до около 700 Н/м, альтернативно от около 300 до около 600 Н/м, альтернативно от около 300 до около 500 Н/м в соответствии со стандартом ASTM F88-15 при 300 мм/мин и 2,95 бар (295 кПа).
Р. Продукт саше из пп. А-О, в котором продукт саше удовлетворяет требованиям испытания на герметичность.
Q. Продукт саше из пп. А-Р, в котором после 2 недель хранения при 40°С, 75% OB, изделие может иметь значение растворения вручную менее 15 движений, предпочтительно менее 12 движений, и наиболее предпочтительно менее 10 движений в соответствии с методом испытания на растворение вручную.
R. Продукт саше из пп. A-Q, в котором после хранения в течение 2 недель, предпочтительно 4 недель, более предпочтительно 8 недель, более предпочтительно 12 недель и наиболее предпочтительно 6 месяцев, продукт саше может удовлетворять требованиям ускоренного испытания стабильности.
S. Продукт саше из пп. A-R, в котором после хранения в течение 2 недель, предпочтительно 4 недель, более предпочтительно 8 недель, более предпочтительно 12 недель и наиболее предпочтительно 6 месяцев, продукт саше может удовлетворять требованиям испытания стабильности.
Т. Продукт саше из пп. A-S, в котором продукт саше представляет собой потребительский продукт, выбранный из группы, состоящей из моющих средств для стирки, продуктов для мягчения ткани, продуктов для мытья рук, шампуней для волос, кондиционеров для волос, продуктов для укладки волос, средств для мытья тела, продуктов для бритья, средств для мытья посуды, средств для ухода за кожей, увлажняющих продуктов, солнцезащитных продуктов, косметических продуктов, дезодорирующих продуктов, продуктов для ухода за полостью рта, продуктов для женской гигиены, продуктов для ухода за детьми, продуктов, содержащих душистые вещества, и их комбинаций.
U. Продукт саше из пп. AT, в котором изделие имеет среднюю толщину стенки ячейки от около 5 мкм до около 200 мкм, предпочтительно от около 10 мкм до около 100 мкм, более предпочтительно от около 10 мкм до около 80 мкм при измерении с помощью Теста 2.
V. Продукт саше из пп. А-U, в котором изделие имеет окончательное содержание влаги от около 0,5% до около 25%, предпочтительно от около 1% до около 20%, более предпочтительно от около 3% до около 10% по массе указанного твердого листового изделия OCF, измеренное с помощью Теста 4, описанного ниже в настоящем документе.
W. Продукт саше из пп. А-V, в котором изделие имеет плотность в диапазоне от около 0,05 г/см3 до около 0,5 г/см3, предпочтительно от около 0,06 г/см3 до около 0,4 г/см3, более предпочтительно от около 0,07 г/см3 до около 0,2 г/см3, наиболее предпочтительно от около 0,08 г/см3 до около 0,15 г/см3 при измерении с помощью Теста 7, описанного ниже в настоящем документе.
X. Продукт саше из пп. А-W, в котором изделие имеет удельную площадь поверхности от около 0,03 м2/г до около 0,25 м2/г, предпочтительно от около 0,04 м2/г до 0,22 м2/г, более предпочтительно от 0,05 м2/г до 0,2 м2/г, наиболее предпочтительно от 0,1 м2/г до 0,18 м2/г при измерении с помощью Теста 8, описанного ниже в настоящем документе.
Y. Продукт саше из пп. А-Х, в котором водорастворимый полимер имеет средневесовую молекулярную массу от около 50000 до около 400000 дальтон, предпочтительно от около 60000 до около 300000 дальтон, более предпочтительно от около 70000 до около 200000 дальтон, наиболее предпочтительно от около 80000 до около 150000 дальтон.
Z. Продукт саше из пп. A-Y, в котором водорастворимый полимер выбран из группы, состоящей из поливиниловых спиртов, поливинилпирролидонов, полиалкиленоксидов, крахмала и производных крахмала, пуллулана, желатина, гидроксипропилметилцеллюлозы, метицеллюлозы и карбоксиметицеллюлозы. В другом примере водорастворимые полимеры могут включать поливиниловые спирты, гидроксипропилметилцеллюлозы и их комбинации.
Размеры и величины, описанные в настоящем документе, не следует понимать как строго ограниченные перечисленными точными числовыми значениями. Напротив, если не указано иное, каждый такой размер предполагает как указанное значение, так и функционально эквивалентный диапазон, в который входит это значение. Например, размер, описанный как «40 мм», подразумевает «около 40 мм».
Каждый документ, упомянутый в настоящем описании, включая любой родственный патент или заявку или патент или заявку с перекрестной ссылкой и любую заявку на патент или патент, на который испрашивается приоритет или преимущество в данной заявке, полностью включен в настоящий документ путем ссылки, если какой-либо из документов не исключен намеренно или не ограничен иным образом. Упоминание любого документа не является признанием, что он представляет собой предшествующий уровень техники в отношении любого изобретения, описанного или заявленного в настоящем документе, или что в нем самом или в любой комбинации с любой другой ссылкой или ссылками представлено, предложено или описано любое такое изобретение. Кроме того, если какое-либо значение или определение термина в этом документе противоречит какому-либо значению или определению этого же термина в документе, включенном в настоящий документ путем ссылки, преимущество имеет значение или определение, закрепленное за этим термином в настоящем документе.
Хотя в настоящем документе показаны и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что допустимы и другие различные изменения и модификации без отступления от сущности и объема изобретения. Таким образом, подразумевается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие изменения и модификации в пределах объема настоящего изобретения.

Claims (21)

1. Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше, состоящее из передней и задней пленки, содержащей:
a. передний средний слой и задний средний слой, состоящий из бумаги, содержащей более 85% целлюлозы, предпочтительно более 90%, и более предпочтительно более 95%;
b. передний внутренний слой, соединенный с передним средним слоем, и задний внутренний слой, соединенный с задним средним слоем, причем передний внутренний слой и задний внутренний слой содержат материал внутреннего слоя, выбранный из группы, состоящей из поливинилового спирта, полибутиленсукцината, полибутиленсукцинатадипата, полигидроксиалконоата, поливинилиденхлорида, карнаубского воска, биоразлагаемого термического крахмала и их комбинаций;
причем передний внутренний слой и задний внутренний слой постоянно соединены по периметру и образуют непроницаемое соединение, это соединение образует отделение, адаптированное для хранения твердого изделия, содержащего пеноматериал с открытыми ячейками, включающего:
водорастворимый полимер в объеме от около 10% до около 40%, предпочтительно от около 15% до около 30% и более предпочтительно от около 20% до около 25% от общей массы изделия;
поверхностно-активное вещество в объеме от около 5% до около 80%, предпочтительно от около 10% до около 70% и более предпочтительно от около 30% до около 65% от общей массы изделия, выбранный из группы, состоящей из анионных ПАВ, катионных ПАВ, неионогенных ПАВ, амфотерных ПАВ, цвиттерионных ПАВ и их комбинаций;
процентное содержание открытых ячеек от около 80% до 100%, предпочтительно от около 85% до 100%, более предпочтительно от около 90% до 100%;
общий средний размер пор от около 100 мкм до около 2000 мкм, предпочтительно от около 150 мкм до около 1000 мкм, более предпочтительно от около 200 мкм до около 600 мкм.
2. Саше по п. 1, в котором передняя пленка и задняя пленка дополнительно содержат передний внешний слой, соединенный с передним средним слоем, и задний внешний слой, соединенный с задним средним слоем, причем передний внешний слой и задний внешний слой включают биоразлагаемый воск.
3. Саше по п. 2, в котором биоразлагаемый воск выбран из группы, состоящей из пчелиного воска, воска жожоба, карнаубского воска, рапсового воска, касторового воска, канделильского воска, соевого воска, пальмового воска и их комбинаций.
4. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором материал внутреннего слоя содержит поливиниловый спирт и/или полигидроксиалконоат.
5. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором саше является биоразлагаемым и компостируемым.
6. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором саше является пригодным для переработки.
7. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором саше представляет собой герметичное саше.
8. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором саше имеет устойчивость к разрыву менее 550 нМ в соответствии с D1922-15, метод Эльмендорфа, машинное направление разрыва.
9. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором соединение имеет прочность от приблизительно 250 до приблизительно 700 Н/м, предпочтительно от приблизительно 300 до приблизительно 600 Н/м, и предпочтительно от приблизительно 300 до приблизительно 500 Н/м в соответствии со стандартом ASTM F88-15 при 300 мм/мин и 2,95 бар (295 кПа).
10. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором после 2 недель хранения в условиях 40°С, 75% ОВ, изделие требует предпочтительно менее 12 движений, а наиболее предпочтительно менее 10 движений в соответствии со способом проверки растворения вручную, и изделие в саше имеет окончательное содержание влаги от около 0,5% до около 25%, предпочтительно от около 1% до около 20%, а более предпочтительно от около 3% до около 10% по массе указанного твердого листового изделия OCF.
11. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором передний внутренний слой и задний внутренний слой имеют толщину от около 3 мкм до около 120 мкм, предпочтительно от около 5 мкм до 80 мкм, а наиболее предпочтительно от около 7 мкм до 40 мкм.
12. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором водорастворимый полимер выбран из группы, состоящей из поливиниловых спиртов, поливинилпирролидонов, полиалкиленоксидов, крахмала и производных крахмала, пуллулана, желатина, гидроксипропилметилцеллюлоз, метицеллюлоз и карбоксиметицеллюлоз.
13. Саше по любому из предшествующих пунктов, в котором передний внутренний слой и задний внутренний слой имеют устойчивость к загрязнению более 6.
14. Саше по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее дополнительный слой, соединенный между передним средним слоем и передним внутренним слоем, и дополнительный слой, соединенный между задним средним слоем и задним внутренним слоем, причем дополнительные слои имеют MVTR менее 300 г/м2/сутки при температуре 38°С и 98% ОВ.
RU2022110090A 2019-10-14 2020-10-14 Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше, содержащее твердое изделие RU2804406C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/914,972 2019-10-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804406C1 true RU2804406C1 (ru) 2023-09-28

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009095891A1 (en) * 2008-01-30 2009-08-06 The Procter & Gamble Company Personal care composition in the form of a flexible, porous, dissolvable solid structure
WO2010085569A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-29 Biosphere Industries, Llc Moisture resistant coating
RU2424121C2 (ru) * 2006-08-14 2011-07-20 Фрито-Лей Северная Америка, Инк. Экологически безопасная многослойная гибкая пленка, обладающая барьерными свойствами
WO2012120199A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Stora Enso Oyj Heat sealable biodegradable packaging material, its manufacturing method and a product package made therefrom

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2424121C2 (ru) * 2006-08-14 2011-07-20 Фрито-Лей Северная Америка, Инк. Экологически безопасная многослойная гибкая пленка, обладающая барьерными свойствами
WO2009095891A1 (en) * 2008-01-30 2009-08-06 The Procter & Gamble Company Personal care composition in the form of a flexible, porous, dissolvable solid structure
WO2010085569A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-29 Biosphere Industries, Llc Moisture resistant coating
WO2012120199A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Stora Enso Oyj Heat sealable biodegradable packaging material, its manufacturing method and a product package made therefrom

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7473636B2 (ja) 固体物品を収容する生分解性及び／又は家庭で堆肥化可能な小袋
US12084631B2 (en) Multilayer dissolvable solid article and method of making same
KR102276937B1 (ko) 특정 종횡비를 갖는 다층 용해성 고체 물품
JP7534368B2 (ja) 改善された細孔構造を有する可撓性多孔質溶解性固体シート物品を作製するためのプロセス
JP7518164B2 (ja) コーティング組成物を含有する多層溶解性固体物品及びそれを作製するためのプロセス
JP7448654B2 (ja) 大きな細孔を有する可撓性多孔質溶解性固体シート物品及びその作製方法
CN114867834A (zh) 含有直接添加的微胶囊的柔性多孔可溶性固体片材制品及其制备方法
RU2804406C1 (ru) Биоразлагаемое и/или компостируемое в домашних условиях саше, содержащее твердое изделие
EP4048720A1 (en) Multilayer dissolvable solid article containing coating composition and process for making the same
JP2023551013A (ja) 可撓性溶解性多孔質物品を取り扱うか又は操作する方法
RU2784526C1 (ru) Многослойное растворимое твердое изделие и способ его изготовления
RU2792834C1 (ru) Многослойное растворимое твердое изделие, содержащее композицию для покрытия, и процесс его изготовления
RU2783265C1 (ru) Способ изготовления гибких пористых растворимых твердых листовых изделий с улучшенными поровыми структурами
RU2799326C1 (ru) Гибкие пористые растворимые твердые листовые изделия, имеющие крупные поры, и способ их получения