Многослойный лист и упаковка для пищевых продуктов, лекарств или инструмента, изготовленная из многослойного листа
Владельцы патента RU 2301743:
КАБУСИКИ КАЙСЯ ХОСОКАВА ЕКО (JP)
АБЭ Масахико (JP)
НИСИЯМА Кацухиро (JP)
Изобретение относится к многослойному листу, а также к упаковке, изготовленной из такого листа и предназначенной для упаковывания пищевого продукта, лекарственного препарата или инструмента. Многослойный лист состоит из базового слоя и слоя металлической пленки, неразрывно связанного с базовым слоем. Слой металлической пленки изготовлен только из чистого магния. Предложена упаковка, изготовленная из данного многослойного листа. В частных случаях осуществления изобретения слой металлической пленки может быть сформирован посредством метода сублимации, метода испарения, электронно-лучевого метода или метода ионного распыления. Предложенные многослойный материал и упаковка обладают определенным уровнем газонепроницаемости и могут быть легко изготовлены. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к многослойному листу, а также к упаковке, изготовленной из такого листа и предназначенной для упаковывания пищевого продукта, лекарственного препарата или инструмента.
Уровень техники
Известны многослойные листы, которые содержат базовый слой, представляющий собой слой синтетической пленки, и слой металлической пленки, неразрывно связанный с базовым слоем посредством ламинирования или аналогичным образом. Для слоя металлической пленки обычно применяют пленку из алюминия или алюминиевого сплава. Как правило, алюминиевую пленку прокатывают до состояния очень тонкой фольги посредством прокатной установки и прикрепляют к поверхности синтетической пленки. Такой многослойный лист находит широкое применение, образуя упаковку (в частности, в виде пакета), предназначенную для упаковывания пищевого продукта, лекарственного препарата и инструмента, поскольку газонепроницаемость алюминиевой фольги предотвращает ухудшение упакованных веществ.
Вместе с тем в последние годы получены медицинские данные, свидетельствующие о вредных воздействиях алюминия на организм человека. В настоящее время возникает потребность в слое металлической пленки, которым с учетом приведенных выше соображений, а также исходя из экономии ресурсов можно заменить в многослойном листе слой алюминиевой пленки. Однако до сих пор не известен многослойный лист, содержащий слой металлической пленки, уровень газонепроницаемости которой эквивалентен такому же параметру для алюминиевой пленки или превышает его.
Раскрытие изобретения
Принимая во внимание перечисленные обстоятельства, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание многослойного листа, содержащего слой металлической пленки, которая обеспечивает определенный уровень газонепроницаемости и может быть легко изготовлена. Другой задачей изобретения является создание упаковки, изготовленной из подобного многослойного листа.
Согласно изобретению указанную выше задачу решают посредством разработки многослойного листа, содержащего базовый слой и, по меньшей мере, слой металлической пленки, неразрывно связанный с базовым слоем. Слой металлический пленки изготовлен из магния или магниевого сплава. В предлагаемой конструкции многослойный лист безвреден для организма человека и в требуемой степени непроницаем для газа. В то же время им можно заменить алюминий, экономя при этом ценные ресурсы алюминия, поскольку слой металлической пленки делают из магния или магниевого сплава.
Предпочтительно, чтобы указанный слой формировался на базовом слое электронно-лучевым методом или методом сублимации, испарения или ионного распыления. С помощью перечисленных методов в предлагаемой конструкции на базовом слое можно сформировать требуемый слой металлической пленки. Таким образом, существующее оборудование, предназначенное для осуществления испарения или аналогичных процессов, можно использовать без какой-либо модификации, т.е. имеется возможность легкого формирования слоя металлической пленки. При применении метода испарения можно выбрать уровень вакуума в камере из широкого интервала давлений от примерно 400 Па вплоть до 1,3·10-6 Па. Соответственно, можно расширить границы условий формирования пленки. Кроме того, в случае применения магниевого сплава появляется возможность посредством выбора подходящего режима вакуумирования формировать слой пленки, состоящей из высокочистого магния (99,99-99,999%).
Настоящее изобретение охватывает также упаковку, изготовленную из многослойного листа и предназначенную для упаковывания пищевого продукта, лекарственного препарата или инструмента. Указанный лист содержит базовый слой и, по меньшей мере, слой металлической пленки, неразрывно связанный с базовым слоем. Слой металлической пленки изготовлен из магния или магниевого сплава. В предлагаемой конструкции упаковка, предназначенная для упаковывания пищевого продукта, лекарственного препарата или инструмента, также безвредна для организма человека и в требуемой степени непроницаема для газа. В то же время при его использовании можно отказаться от алюминия, экономя тем самым ценные ресурсы алюминия, поскольку слой металлической пленки делают из магния или магниевого сплава.
Предпочтительно, чтобы указанный слой формировался на базовом слое электронно-лучевым методом или методом сублимации, испарения или ионного распыления. С помощью перечисленных методов в предлагаемой конструкции на базовом слое можно сформировать слой металлической пленки. Таким образом, существующее оборудование, предназначенное для испарения или аналогичных процессов, можно использовать без какой-либо модификации, т.е. имеется возможность легкого формирования слоя металлической пленки. При применении метода испарения можно выбрать уровень вакуума в камере из широкого интервала давлений от примерно 400 Па вплоть до 1,3·10-6 Па. Соответственно, можно расширить границы условий формирования пленки. Кроме того, в случае применения магниевого сплава появляется возможность посредством выбора подходящего режима вакуумирования формировать слой пленки, состоящей из высокочистого магния (99,99-99,999%).
Осуществление изобретения
Далее будет описан вариант многослойного листа согласно изобретению. Указанный лист содержит базовый слой, представляющий собой слой синтетической пленки, и слой пленки магния, сформированный на базовом слое. Слой синтетической пленки имеет толщину от 0,1 мкм до 2 мм и изготовлен из известного пластикового материала. Примерами такого материала, который можно применять для указанного слоя, являются полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, поливиниловый спирт, фторэтиленовая смола, поликарбонат, сложный полиэфир, полиамид, гидрохлорид каучука, ионосодержащий полимер, полиимид, полиуретан, термостойкая конструкционная пленка, полиэтилентерефталат, 1,4-циклогексилендиметилтерефталат, поливинилфторид, политетрафторэтилен, целлофан, желатин, триацетат целлюлозы, полиметилметакрилат, диацетат целлюлозы и твердый винилхлорид. К примерам термостойкой пленки, которую можно применять для цели настоящего варианта осуществления изобретения, относятся полифениленсульфид (ПФС), полиарилат (ПАр), полисульфон (ПСФ), сополимер простого эфира и простого эфиркетона (ПЭЭК), а также простой полиэфиримид (ПЭИ).
Слой пленки магния имеет толщину 50 нм вплоть до 10 мкм. Ее изготавливают из магния или магниевого сплава, полученного из магния и какого-то другого металла и элемента. Примеры таких металла и элемента включают в себя Ag, Al, Au, Ba, Bi, Ca, Се, Со, Cr, Cu, Fe, Gd, Ge, H, Hf, Hg, In, Ir, К, La, Li, Mn, Mo, N, Na, Ni, O, Os, P, Pb, Pd, Pr, Pt, Pu, Rh, S, Sb, Se, Si, Sn, Sr, Те, Th, Ti, Tl, U, W, Y, Zn, Zr, Re. К примерам магниевого сплава бинарного типа относятся Mg-Ag, Mg-Al, Mg-Au, Mg-Ва, Mg-Bi, Mg-Са, Mg-Се, Mg-Со, Mg-Cr, Mg-Cu, Mg-Fe, Mg-Gd, Mg-Ge, Mg-Н, Mg-Hf, Mg-Hg, Mg-In, Mg-Ir, Mg-К, Mg-La, Mg-Li, Mg-Mn, Mg-Мо, Mg-N, Mg-Na, Mg-Ni, Mg-O, Mg-Os, Mg-P, Mg-Pb, Mg-Pd, Mg-Pr, Mg-Pt, Mg-Pu, Mg-Rh, Mg-S, Mg-Sb, Mg-Se, Mg-Si, Mg-Sn, Mg-Sr, Mg-Te, Mg-Th, Mg-Ti, Mg-TI, Mg-U, Mg-W, Mg-Y, Mg-Zn, Mg-Zr. Примерами магниевого сплава трехкомпонентного и более сложных типов являются Mg-Al-Mn, Mg-Al-Mn-Zn, Mg-Al-Mn-Re, Mg-Al-Mn-Si, Mg-Mn-Zn, Mg-Mn-Zn-Cu, Mg-Th-Zr, Mg-Th-Zn-Zr, Mg-Zn-Re, Mg-Zn-Zr-Re, Mg-Zr-Y-Re. Магниевый сплав может представлять собой пятикомпонентную или еще более сложную систему.
Магний безвреден для организма человека и играет достаточно важную роль в его метаболизме. Авторы изобретения обнаружили, что по мере повышения уровня чистоты магния этот металл становится менее агрессивным с точки зрения коррозии. Поэтому многослойные листы, содержащие пленку магния, целесообразно применять для упаковок, предназначенных для содержания пищевого продукта, а также в качестве упаковочных материалов для лекарственных препаратов и медицинских инструментов, таких как шприцы.
Далее будет описан способ формирования пленки магния. В данном варианте осуществления изобретения указанную пленку формируют на синтетической пленке, выполняющей функцию базовой пленки, посредством метода испарения. При использовании этого метода применяемый для формирования пленки материал обычно нагревают в камере, внутренний объем которой откачивают до высокого уровня вакуума, чтобы указанный материал отложился на поверхности расположенной напротив него подложки. В том случае, когда в качестве материала, формирующего пленку, применяют магний, а содержащую магний камеру откачивают до уровня вакуума приблизительно 0,13 Па посредством вакуумного насоса, такого как роторный насос, магний при температуре нагрева приблизительно 300°С мгновенно переходит в газообразное состояние, причем эта температура гораздо ниже точки его плавления, составляющей 650°С. Сформировавшаяся в результате пленка магния упрочняется и обеспечивает сильное адгезионное взаимодействие с базовой пленкой. Кроме того, было обнаружено, что когда в рамках метода испарения применяют магний, содержащий примеси, или магниевый сплав, в газообразное состояние переходит, в основном, магний, в результате чего образуется пленка высокочистого магния. Таким образом, оказалось, что, с точки зрения использования природных свойств магния метод испарения весьма эффективен.
Преимуществом применения магниевого сплава в качестве материала, формирующего пленку в рамках метода испарения, является низкая температура плавления, т.к. значение этого параметра у магниевых сплавов обычно невысоко. Поэтому посредством надлежащим образом выбранного уровня вакуума в камере магний можно перевести в газообразное состояние при температуре, лежащей ниже приведенной здесь температуры нагрева (300°С). Таким образом, при необходимости целесообразно выбирать подходящий магниевый сплав, учитывая при этом температуру плавления синтетической пленки, на которую посредством метода испарения надлежит осадить магний.
Когда указанный метод применяют, используя для распыления магний или магниевый сплав, имеется возможность выбрать уровень вакуума в камере в широком интервале от примерно 400 Па вплоть до 1,3·10-6 Па. Соответственно, можно расширить границы условий формирования пленки.
Далее будет описано формирование пленки в виде пленки магния или пленки из магниевого сплава посредством метода ионного распыления. В этом случае между парой электродов генерируют плазму. Мишень (магниевый материал), предназначенная для распыления и помещенная на катоде, распыляется находящимися в плазме ионами. При этом указанный материал осаждается на подложке, изготовленной из синтетической пленки и помещенной на аноде, который расположен напротив катода. В качестве газообразной среды для электрического разряда обычно используют аргон. В отличие от метода испарения, описанного выше, при применении этого процесса магний не является превалирующим компонентом, осажденным на синтетическую пленку. Другими словами, материал мишени осаждается на указанной пленке, не меняя своего состава. Таким образом, метод ионного распыления целесообразно применять в тех случаях, когда магниевый сплав должен наноситься на металлическую пленку без изменения своего состава. Кроме того, по сравнению с описанным выше методом испарения дополнительным преимуществом в данном случае является более высокая прочность на отрыв для металлической пленки, которая сформирована на подложке, изготовленной из синтетической пленки.
Формирование пленки в виде пленки магния или пленки из магниевого сплава посредством электронно-лучевого метода представляет собой способ, в котором испускаемые вольфрамовой нитью электроны ускоряются за счет приложения напряжения в несколько киловольт и бомбардируют испаряемый материал, т.е. магний или магниевый сплав, чтобы перевести его в газообразное состояние. Согласно этому способу даже в том случае, когда указанным материалом является магниевый сплав, с трудом поддающийся формированию пленки, такую пленку можно сформировать. Дополнительным преимуществом метода является высокая скорость испарения и высокая прочность сформированной пленки.
Далее, в качестве примера будет описан вариант осуществления настоящего изобретения, в котором используются магниевые сплавы, осаждаемые на синтетическую пленку посредством испарения. Использованные в примере базовые пленки имели толщину 12 мкм и изготавливались из сложного полиэфира. Ниже приведены составы магния и магниевых сплавов, примененных в данном примере:
чистый магний (98%)
чистый магний (99,6%)
сплав СМ10 (Mg+Cu(1,5%)+Mn(0,5%)+Al, Si)
сплав СМ31 (Mg+Cu(3%)+Mn(1%)+Al, Si)
сплав AZ91 R (Mg+Al(9%)+Zn(0,6%)+Mn, Si)
сплав AM60R (Mg+Al(6%)+Mn(0,3%)+Zn, Si).
Перечисленные сплавы применялись в качестве покрывающих материалов, причем осаждаемую пленку магния формировали на базовой пленке для каждого из сплавов до толщины приблизительно 4 мкм. Было показано, что поверхностный металлический слой полученной пленки формировался, по существу, за счет магния. Практически при тех же условиях были нанесены также оксиды алюминия и кремния. Поскольку при указанных далее условиях наносилась также алюминиевая пленка, температура была слегка повышена, а уровень вакуума слегка понижен по сравнению с желательными условиями формирования пленки магния:
температура: от 500 до 600°С;
уровень вакуума: 0,03 Па;
скорость: 100 м/мин.
Была проведена оценка барьерного эффекта для каждого из полученных многослойных листов. Для каждого образца, применяя метод, разработанный фирмой MOCON, наблюдали проницаемость (г/м2×день) паров при условиях атмосферной температуры 40°С и относительной влажности 90%, а также проницаемость (см3/м2×день) кислорода при условиях атмосферной температуры 20°С и относительной влажности 0%. Полученные результаты суммированы в приведенной далее таблице.
| Материал пленки | Проницаемость для паров | Проницаемость для кислорода |
| чистый магний (98%) | 1,0 | 0,1 |
| чистый магний (99,6%) | 1,0 | 0,1 |
| сплав СМ 10 | 1,3 | 0,1 |
| сплав СМ31 | 3,4 | 0,1 |
| сплав AZ91R | 1,3 | 0,1 |
| сплав AM60R | 1,4 | 0,1 |
| Al2O3 | 1,5 | 1,5 |
| SiOx | 1,0 | 1,0 |
Из данной таблицы очевидным образом следует, что по сравнению с многослойными листами на основе оксида алюминия и оксида кремния многослойный лист по описанному варианту осуществления изобретения проявляет отличные свойства с точки зрения проницаемости по отношению к парам и кислороду.
Следует принять во внимание, что многослойный лист согласно изобретению и упаковка, сформированная с применением такого листа, не ограничиваются описанным выше вариантом осуществления. Их можно модифицировать и изменять различными, отличающимися друг от друга способами, не выходя за границы настоящего изобретения, определяемые формулой. Например, чтобы получить многослойную структуру из трех или более слоев, на описанную выше многослойную пленку можно дополнительно ламинировать другую синтетическую пленку или бумажную пленку. Материал базового слоя не ограничивается синтетической пленкой; в порядке альтернативы для него можно применить бумагу или аналогичную субстанцию.
В альтернативном варианте для процесса формирования пленки можно использовать способ испарения сублимирующихся твердых фаз магния или магниевого сплава.
Чистый магний обладает хорошими амортизирующими свойствами. Поэтому при надлежащей толщине упаковочный лист согласно настоящему изобретению очень эффективен, когда его применяют для упаковывания хрупкого предмета, обладающего высокой чувствительностью к внешним воздействиям.
Промышленная применимость
Как было подробно описано выше, многослойный лист, содержащий пленку магния согласно настоящему изобретению, весьма полезен для упаковок, предназначенных для хранения пищевого продукта, и в качестве упаковочных материалов для лекарственных препаратов и медицинских инструментов, таких как шприцы. Упаковочный лист согласно изобретению весьма эффективен, когда его применяют для упаковывания хрупкого предмета, обладающего высокой чувствительностью к внешним воздействиям.
1. Многослойный лист, состоящий из базового слоя и слоя металлической пленки, неразрывно связанного с базовым слоем, причем слой металлической пленки изготовлен только из чистого магния.
2. Многослойный лист по п.1, отличающийся тем, что слой металлической пленки сформирован на базовом слое посредством метода сублимации, метода испарения, электроннолучевого метода или метода ионного распыления.
3. Упаковка для упаковывания пищевого продукта, лекарственного препарата или инструмента, изготовленная из многослойного листа, состоящего из базового слоя и слоя металлической пленки, неразрывно связанного с базовым слоем, причем слой металлической пленки изготовлен только из чистого магния.
4. Упаковка по п.3, отличающаяся тем, что слой металлической пленки сформирован на базовом слое посредством метода сублимации, метода испарения, электронно-лучевого метода или метода ионного распыления.
