Способ изготовления полимерного изделия, имеющего высокие или сверхгидрофобные характеристики, получаемое данным способом изделие и его использование
Группа изобретений относится к способу изготовления полимерного изделия, имеющего высокие или сверхгидрофобные характеристики, предпочтительно в форме пленки, к способу изготовления многослойных и покрытых полимером бумажных или картонных изделий соответственно, причем все они имеют вышеупомянутые характеристики, и получаемые способами их изделия и их применения. Способ изготовления покрытого полимером бумажного или картонного изделия заключается в покрытии бумажных или картонных полотен расплавом полимера, обеспечении на покрытой полимером стороне рисунка путем вхождения в контакт с покрытой стороной композита и охлаждении изделия. Данный способ применяется для изготовления различных изделий с высокими или сверхгидрофобными характеристиками. Техническим результатом группы изобретений является изготовление изделий с пониженной степенью смачивания. 10 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает способ изготовления полимерного изделия, имеющего высокие сверхгидрофобные характеристики, предпочтительно в форме пленки. Кроме того, описаны способы изготовления многослойных и покрытых полимером бумажных или картонных изделий, соответственно, причем все они имеют вышеупомянутые характеристики.
Настоящее изобретение также предлагает получаемые вышеупомянутыми способами изделия и их приложения.
Уровень техники
Сверхгидрофобность представляет собой явление, которое описали Neil J. Shirtcliffe и др. в работе "Введение в сверхгидрофобность", Advances in Colloid and Interface Science (Успехи науки о коллоидах и межфазных поверхностях), 2010 г., т. 161, с. 124-138.
Сверхгидрофобные полиолефиновые поверхности также описали Esa Puukilainen и др. в работе "Сверхгидрофобные полиолефиновые поверхности: регулируемые микро- и наноструктуры", Langmuir, 2007 г., т. 23. №13, с. 7263-7268.
Кроме того, технологии самоочистки описал Peter Forbes в работе "Самоочищающиеся материалы", Scientific American, август 2008 г., с. 88-95.
Кроме того, изготовление гофрированного картона описывает французский патент №2782291.
Шведский патент №7512107 представляет способ изготовления многослойных материалов, содержащих бумагу и пластмассу.
Кроме того, лента для переноса изображения с регулируемой топографией поверхности для улучшения высвобождения тонера описана в патентной заявке США №2010/300604. Однако ни в одном из этих документов не содержатся решения следующих проблем:
- простое опустошение упаковок с молочными продуктами,
- уменьшение вспенивания в процессе выливания безалкогольных напитков или пива в кружку,
- получение приятной на ощупь поверхности.
Соответственно существует необходимость решения одной или нескольких из вышеупомянутых проблем.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение решает одну или нескольких из вышеупомянутых проблем, предлагая, согласно первому аспекту способ изготовления полимерного изделия, имеющего высокие или сверхгидрофобные характеристики, предпочтительно в форме пленки, включающий следующие стадии:
a) изготовление расплава полимера и введение в контакт вышеупомянутый расплав полимера с матрицей, придающей вышеупомянутому полимерному изделию рисунок, обеспечивающий эффект лотоса; и
b) необязательное охлаждение полученного полимерного изделия (что является предпочтительным).
Настоящее изобретение также предлагает, согласно второму аспекту, способ изготовления многослойного материала, включающего полимерное изделие, имеющее высокие сверхгидрофобные характеристики, предпочтительно в форме пленки, и бумажного или картонного полотна, включающий следующие стадии:
i) изготовление расплава полимера и введение в контакт вышеупомянутого расплава полимера с матрицей, придающей вышеупомянутому полимерному изделию рисунок, обеспечивающий эффект лотоса,
ii) необязательное охлаждение полученного полимерного изделия, и
iii) изготовление бумажного или картонного полотна и ламинирование вышеупомянутого полимерного изделия на бумажное или картонное полотно.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно третьему аспекту, способ изготовления покрытого полимером бумажного или картонного изделия, в котором вышеупомянутое изделие имеет высокие или сверхгидрофобные характеристики, включающий следующие стадии:
x) изготовление расплава полимера и бумажного или картонного полотна и покрытие вышеупомянутого бумажного или картонного полотна вышеупомянутым расплавом полимера,
xi) пропускание вышеупомянутого покрытого полимером бумажного или картонного полотна над валиком, в процессе которого вышеупомянутый валик обращен к покрытой полимером стороне, а также вышеупомянутый валик представляет собой матрицу, придающую вышеупомянутой покрытой стороне рисунок, обеспечивающий эффект лотоса при нахождении в контакте с вышеупомянутой покрытой стороны вышеупомянутого композита, и
xii) необязательное охлаждение вышеупомянутого полученного изделия (что является предпочтительным).
Настоящее изобретение также предлагает, согласно четвертому аспекту, полимерное изделие, получаемое способом согласно первому аспекту.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно пятому аспекту, многослойное изделие, получаемое способом согласно второму аспекту.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно шестому аспекту, покрытое полимером бумажное или картонное изделие, получаемое способом согласно третьему аспекту.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно седьмому аспекту, использование полимерного изделия согласно первому аспекту, многослойного изделия согласно второму аспекту или изделия согласно третьему аспекту в качестве упаковки для пищевых продуктов, предпочтительно представляющей собой пакет, чашку или стакан.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно восьмому аспекту, использование многослойного изделия согласно второму аспекту или изделия согласно третьему аспекту в качестве картонной упаковки для жидкостей, предпочтительно в качестве упаковки для пищевых продуктов, которая содержит напитки, молочные продукты (такие, как сливочное масло или другие молочные продукты), пищевые масла (такие как жидкий маргарин или растительное масло), замороженные пищевые продукты или сухие пищевые продукты.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно девятому аспекту, использование полимерного изделия согласно первому аспекту, многослойного изделия согласно второму аспекту или изделия согласно третьему аспекту в качестве одноразовой чашки для питья.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно девятому аспекту, использование полимерного изделия согласно первому аспекту, многослойного изделия согласно второму аспекту или изделия согласно третьему аспекту в качестве упаковки для клея или зубной пасты.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно десятому аспекту, использование полимерного изделия согласно первому аспекту, многослойного изделия согласно второму аспекту или изделия согласно третьему аспекту в качестве лотка или тарелки.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно одиннадцатому аспекту, использование полимерного изделия согласно первому аспекту, многослойного изделия согласно второму аспекту или изделия согласно третьему аспекту в качестве упаковки пригодных для обработки в автоклаве продуктов, причем предпочтительно упаковка является пригодной для обработки в автоклаве при температуре, составляющей, по меньшей мере, 115°C. Температура в автоклаве составляет, как правило, от 115 до 125°C (для томатной пасты), причем для мяса можно использовать температуру 130°C.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно двенадцатому аспекту, использование полимерного изделия согласно первому аспекту, многослойного изделия согласно второму аспекту или изделия согласно третьему аспекту, для регулирования адгезии или трение, или регулирования теплопроводности.
Настоящее изобретение также предлагает, согласно тринадцатому аспекту, упаковочный картон, включающий волокнистую основу и один или несколько слоев полимерного покрытия на одной или обеих сторонах волокнистой основы, в котором слои на одной или обеих сторонах имеют высокие или сверхгидрофобные характеристики.
Подробное описание изобретения
Во всем тексте настоящего описания подразумевается, что выражение "высокие или сверхгидрофобные характеристики" означает возможность обнаружения эффекта лотоса. Это означает, что должна наблюдаться пониженная степень смачивания (такой эффект, например, известен для листьев). Степень смачивания можно вычислить по уравнению Юнга (Young). Степень смачивания вычисляют, используя соотношение значений поверхностного натяжения материалов. Полное смачивание означает, что краевой угол смачивания составляет 0°, в то время как полное отсутствие смачивания означает, что краевой угол смачивания составляет 180°. См. также фиг. 1, иллюстрирующий материал, имеющий высокие или сверхгидрофобные характеристики.
Во всем тексте настоящего описания подразумевается, что выражение "олеофобный воск" означает соединение, которое усиливает эффект лотоса. Помимо приведенного выше значения, оно также означает гидрофобные свойства. В качестве вышеупомянутого соединения можно выбирать алкилкетеновый димер (AKD), или стеарат кальция, или их сочетания.
Согласно предпочтительному варианту осуществления второго и третьего аспектов настоящего изобретения, картон представляет собой картон, используемый в упаковке для жидкостей.
Согласно предпочтительному варианту осуществления второго и третьего аспектов настоящего изобретения, картон представляет собой упаковочный картон, при этом масса 1 м2 полимерного покрытия составляет, по меньшей мере, 14 г/м2.
Согласно предпочтительному варианту осуществления второго и третьего аспектов настоящего изобретения, плотность волокнистой картонной основы составляет, по меньшей мере 575 кг/м3, предпочтительнее по меньшей мере 615 кг/м3 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 650 кг/м3.
Согласно предпочтительному варианту осуществления третьего аспекта настоящего изобретения, валик представляет собой охлаждающий барабан.
Согласно предпочтительному варианту осуществления третьего аспекта настоящего изобретения, валик имеет матрицу, имеющую, по существу, чашеобразную форму.
Согласно предпочтительному варианту осуществления первого, второго и третьего аспектов настоящего изобретения, полимер выбирается из группы, которую составляют полиэтилен (PE), который может представлять собой, например, полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) или полиэтилен высокой плотности (HDPE), полипропилен (PP), сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), или сополимер этилена и винилацетата (EVA), или сложный полиэфир, такой как полиэтилентерефталат (PET), полимолочная кислота (PLA), полиамид (PA), такой как полиамид 6 (PA6), или их сочетания.
Согласно предпочтительному варианту осуществления первого, второго и третьего аспектов настоящего изобретения, олеофобный воск также наносится на полимер.
Согласно предпочтительному варианту осуществления первого, второго и третьего аспектов настоящего изобретения, после формования масло добавляется на поверхность полимера, который предпочтительно представляет собой PE. Это производит эффект создания поверхности, которая обеспечивает полное скольжение, например, йогурта и подобных продуктов.
Настоящее изобретение также предоставляет возможность использования различных цветов, таких как синий, золотой и красный. Кроме того, оно также создает приятное ощущение при прикосновении.
Изготовление расплава полимера, который определяется в первом аспекте настоящего изобретения, можно также осуществлять таким образом, что поверхность металла нагревается (что косвенно вызывает плавление полимера).
Стадия охлаждения согласно первому, второму и третьему аспектам может представлять собой активное или пассивное охлаждение (т.е. простое выдерживание при комнатной температуре до охлаждения).
Предпочтительные отличительные особенности каждого аспекта настоящего изобретения являются такими же, как в случае каждого из остальных аспектов с соответствующими изменениями. Документы предшествующего уровня техники, которые упоминаются в настоящем документе, включаются в него в максимальной степени, разрешенной действующим законодательством. Настоящее изобретение подробно описывается в следующих примерах, а также на прилагаемых чертежах, которые никаким образом не ограничивают объем настоящего изобретения.
Как упомянуто выше, варианты осуществления настоящего изобретения описываются более подробно с помощью примеров вариантов осуществления, а также с помощью прилагаемых чертежей, единственная цель которых заключается в том, чтобы проиллюстрировать настоящее изобретение, и они никаким образом не предназначаются для его ограничения.
Описание чертежей
Фиг. 1 представляет материал, имеющий высокие или сверхгидрофобные характеристики (иллюстрируя, таким образом, эффект лотоса).
Фиг. 2 представляет гидрофобную упаковку для жидкостей с использованием металлической матрицы 1.
Фиг. 3 представляет гидрофобную упаковку для жидкостей с использованием металлической матрицы 2.
Фиг. 4 представляет гидрофобную упаковку для жидкостей с использованием металлической матрицы 3: пазы 6 мкм в поперечном сечении, фокусное расстояние линзы объектива 25.
Фиг. 5 представляет гидрофобную упаковку для жидкостей с использованием металлической матрицы 4: пазы 6 мкм в поперечном сечении, фокусное расстояние линзы объектива 12,7.
Фиг. 6 представляет материал, имеющий рисунок, включающий области с выступающими квадратами.
Фиг. 7 представляет материал, имеющий рисунок, включающий области с тонкими выступами.
Фиг. 8 представляет материал, имеющий рисунок, включающий области с линейными выпуклостями.
Примеры
Пример 1
Исследования
- Изготавливали поверхность стальной матрицы с помощью лазера.
- В матрице прессовали пленку PE или Cupforma Dairy 2PE 20+255+35 (оба материала представляют собой LDPE), чтобы изготовить соответствующий рисунок на поверхности пластмассы и на поверхности картонной упаковки для жидкостей, соответственно.
- Краевые углы смачивания поверхности измеряли для следующих жидкостей:
- вода,
- молоко.
На четырех формованных металлических поверхностях прессовали пленку PE или картонную упаковку для жидкостей, получая формованные поверхности.
Поверхности 1 и 3 имели максимальные краевые углы смачивания, как показано ниже
Краевые углы смачивания (°) водой и молоком представлены в табл. 1 ниже.
| Таблица 1 | |||||
| Результаты исследований, описанных выше | |||||
| Сравнение | Поверхность 1 | Поверхность 2 | Поверхность 3 | Поверхность 4 | |
| Пленка PE Вода Молоко |
83,1 88,2 |
104,6 80,0 |
100,2 87,3 |
96,8 81,4 |
97,7 71,3 |
| Cupforma Dairy 20+255+35 Вода Молоко |
93,2 71,5 |
139,4 |
91,7 71,3 |
Примечания:
Поверхность 1 - гидрофобная упаковка для жидкостей с использованием металлической матрицы 1.
Поверхность 2 - гидрофобная упаковка для жидкостей с использованием металлической матрицы 2.
Поверхность 3 - гидрофобная упаковка для жидкостей с использованием металлической матрицы 3; пазы 6 мкм в поперечном сечении, фокусное расстояние линзы объектива 25.
Поверхность 4 - гидрофобная упаковка для жидкостей с использованием металлической матрицы 4; пазы 6 мкм в поперечном сечении, фокусное расстояние линзы объектива 12,7.
Кроме того, можно также наблюдать приятное ощущение при прикосновении следующим образом. Некоторые образцы при царапании ногтем человека издавали скрип или визг. При простом удерживании образцов возникало приятное ощущение от прикосновения к ним.
Пример 2
Изготавливали сверхгидрофобные поверхности трех различных типов, и верхний слой поверхности представлял собой PE. Все поверхности имели более высокие краевые углы смачивания, чем 170°, и это означает, что на такой поверхности не будет оставаться капля воды. Она просто уйдет или утечет с поверхности. Эти поверхности формовали, изготавливая квадраты, линии и острые выступы (что также показывают фиг. 6-8). В случае квадратов и острых выступов невозможно прогнозировать направление движения капли. В случае линий капля двигалась по линии.
Поверхности изготавливали из PE, в частности LDPE, используемого в картонных упаковках для жидкостей. PE представлял собой Borealis CA8200. Покрытие PE на покрытом PE картоне было чрезмерно тонким, чтобы получить сверхгидрофобную поверхность. Температура исследований составляла 125°C (чтобы расплавить PE). Затем осуществляли исследования, используя пленку PE: девять слоев пленки накладывали друг на друга, и эту укладку прессовали с помощью матрицы (формы). Вместо нескольких слоев PE (на нижней стороне) помещали покрытую PE картонную упаковку для жидкостей, а матрицу помещали сверху. Эту укладку также прессовали с помощью матрицы. Матрицу и PE нагревали и прижимали друг к другу, чтобы перевести форму матрицы на поверхность PE.
Поверхность металлической матрицы обрабатывали с помощью лазера, и получалась точная копия (рисунок). Изготавливали три различных рисунка, и все три поверхности были сверхгидрофобными. Их краевые углы смачивания каплей воды составляли более чем 170°. Было затруднительным помещение капли на поверхность, потому что капля не удерживалась на поверхности. При попытке нанесения капли на поверхность, капля скатывалась с поверхности.
Кроме того, поверхность, содержащая линии, имела особые характеристики. Капли скатывались с нее по направлению линий. Фиг. 6 представляет рисунок, включающий области с выступающими квадратами. Фиг. 7 представляет рисунок, включающий области с острыми выступами. Фиг. 8 представляет рисунок, включающий области с линейными выпуклостями. Данные чертежи иллюстрируют, как упомянуто выше, три различные, сверхгидрофобные поверхности PE.
Выше были описаны разнообразные варианты осуществления настоящего изобретения, но специалист в данной области техники понимает, что небольшие дополнительные изменения могут входить в объем настоящего изобретения. Область и объем настоящего изобретения не должны ограничиваться каким-либо из описанных выше примерных вариантов осуществления, но должны определяться только в соответствии с пунктами следующей формулы изобретения и их эквивалентами. Например, любые из вышеупомянутых способов могут сочетаться с другими известными способами. Другие аспекты, преимущества и модификации в пределах объема настоящего изобретения должны быть очевидными для специалистов в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
1. Способ изготовления покрытого полимером бумажного или картонного изделия, в котором вышеупомянутое изделие имеет высокие или сверхгидрофобные характеристики, включающий следующие стадии:
x) изготовление расплава полимера и бумажного или картонного полотна и покрытие вышеупомянутого бумажного или картонного полотна вышеупомянутым расплавом полимера,
xi) пропускание вышеупомянутого покрытого полимером бумажного или картонного полотна через валик, при этом валик обращен к покрытой полимером стороне, а также валик представляет собой матрицу, придающую вышеупомянутой покрытой стороне рисунок, обеспечивающий эффект лотоса при вхождении в контакт с вышеупомянутой покрытой стороной вышеупомянутого композита, и
xii) необязательное охлаждение вышеупомянутого полученного изделия.
2. Способ по п. 1, в котором картон представляет собой картон, используемый в упаковках для жидкостей.
3. Способ по п. 1, в котором картон представляет собой упаковочный картон, при этом масса 1 м2 полимерного покрытия составляет, по меньшей мере, 14 г/м2.
4. Способ по п. 1, в котором плотность волокнистой картонной основы составляет по меньшей мере 575 кг/м3, предпочтительнее по меньшей мере 615 кг/м3 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 650 кг/м3.
5. Способ по п. 1, в котором валик представляет собой охлаждающий барабан.
6. Способ по п. 1, в котором валик имеет матрицу, имеющую, по существу, чашеобразную форму.
7. Способ по п. 1, в котором валик имеет матрицу, создающую линейные выпуклости на стадии (xi).
8. Способ по п. 1, в котором полимер выбирается из группы, которую составляют полиэтилен (PE), полипропилен (PP), сополимер этилена и винилового спирта (EVOH) или сополимер этилена и винилацетата (EVA) или сложный полиэфир, такой как полиэтилентерефталат (PET), полимолочная кислота (PLA), полиамид (PA) или их сочетания.
9. Способ по п. 1, в котором на полимер наносится также олеофобный воск.
10. Способ по п. 1, в котором после формования масло добавляется на поверхность полимера, причем вышеупомянутый полимер предпочтительно представляет собой PE.
11. Покрытое полимером бумажное или картонное изделие, получаемое способом по любому из п. 1-10.
12. Применение покрытого полимером бумажного или картонного изделия по п. 11 в качестве упаковки для пищевых продуктов, предпочтительно представляющей собой пакет, чашку или стакан.
13. Применение покрытого полимером бумажного или картонного изделия по п. 11 в качестве картонной упаковки для жидкостей, предпочтительно в качестве упаковки для пищевых продуктов, которая содержит напитки, молочные продукты, пищевые масла, замороженные пищевые продукты или сухие пищевые продукты.
14. Применение покрытого полимером бумажного или картонного изделия по п. 11 в качестве одноразовой чашки для питья.
15. Применение покрытого полимером бумажного или картонного изделия по п. 11 в качестве упаковки для клея или зубной пасты.
16. Применение покрытого полимером бумажного или картонного изделия по п. 11 в качестве лотка или тарелки.
17. Применение покрытого полимером бумажного или картонного изделия по п. 11 в качестве пригодной для обработки в автоклаве упаковки продуктов, причем предпочтительно упаковка является пригодной для обработки в автоклаве при температуре, составляющей по меньшей мере 115°C.
18. Применение покрытого полимером бумажного или картонного изделия по п. 11 для регулирования адгезии или трения, или регулирования теплопроводности.
19. Упаковочный картон, включающий волокнистую основу и один или несколько слоев полимерного покрытия на одной или обеих сторонах волокнистой основы, в котором слои на одной или обеих сторонах имеют высокие или сверхгидрофобные характеристики.
