Структурно модифицируемая гибкая пленка для формирования пространственно и структурно стабильных изделий, в частности одноразовых контейнеров
Изобретение относится к технологии получения пространственно и структурно стабильных пленочных изделий, например, одноразовых контейнеров. Структурно модифицируемая гибкая пленка содержит, по меньшей мере, один гибкий слой, связанный, по меньшей мере, на части своей площади с придающей жесткость системой. Указанная система состоит из, по меньшей мере, одного вещества, которое первоначально является жидким при нанесении на гибкий слой, но затем загустевает при первом структурном превращении. Полученная гибкая пленка впоследствии может быть отверждена при приложении энергии во втором структурном превращении. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к структурно модифицируемой гибкой пленке для формирования пространственно и структурно стабильных изделий, в частности одноразовых контейнеров.
Известны одноразовые контейнеры (например, ЕР 302413, патент США 5,158,816), которые получают из листов прочной, обычно покрытой пластиком бумаги, которую разматывают из рулона и последовательно подвергают процессам соединения, сгибания и, возможно, формования для придания желательной пространственной конфигурации. Заполнение их жидкими, гранулированными или порошкообразными продуктами может происходить либо во время формирования контейнера, либо когда он будет полностью сформирован.
Эти известные одноразовые контейнеры выгодны в отношении их стабильности, штабелируемости, витринной демонстрации, прочности, защиты продукта, легкости хранения, использования и повторного закрывания. Однако, они относительно тяжелые и дорогие; их трудно утилизировать, поскольку их нелегко смять. Также известны гибкие одноразовые контейнеры (патент США 3,647,305), получаемые из пластиковой пленки, например, из полиэтилена, которые по существу лишены недостатков жестких контейнеров; в частности, они имеют низкую стоимость, они менее объемны и их легко утилизировать, они просты, практичны и выгодны для машинного изготовления, начиная с разматывания из рулона. Однако, они не имеют по существу никакой пространственной стабильности, и поэтому их непросто штабелировать, и, кроме того, имеются ограничения с коммерческой точки зрения, заключающиеся в том, что эти упаковки непригодны для витринной демонстрации.
Чтобы устранить данные недостатки различных типов известных контейнеров при сохранении их достоинств, а более конкретно для формирования изделий и, в частности, одноразовых контейнеров, которые имеют пространственную стабильность и в то же время имеют низкую стоимость и легко уменьшаются в объеме после использования, предлагается способ по изобретению.
Предлагаемый способ является чрезвычайно эффективным и, в частности, он позволяет формировать изделия, особенно одноразовые контейнеры из сгибаемой пленки, которая перед изготовлением изделий может быть намотана в рулон и потому занимает значительно меньше места, которая затем становится жесткой только в момент формирования изделия.
Настоящее изобретение предлагает структурно модифицируемую пленку, используемую, в частности, в упомянутом выше известном способе в качестве альтернативы обычной гибкой пленке.
Структурно модифицируемая сгибаемая пленка по изобретению характеризуется тем, что она содержит по меньшей мере один сгибаемый слой, связанный, по меньшей мере на части своей площади с придающей жесткость системой, состоящей из по меньшей мере одного вещества, которое первоначально является жидким при нанесении на указанный сгибаемый слой, но затем подвергнут загустеванию в первом процессе трансформации, при этом указанная пленка является сгибаемой и наматываемой в рулон и впоследствии может быть отверждена по требованию путем приложения энергии во втором процессе трансформации.
Структурно модифицируемая гибкая пленка по изобретению (см. чертеж) представляет собой пленку 2 толщиной 10-200 мкм, образованную из нескольких слоев, соединенных вместе традиционным способом при помощи вальцевания или экструдирования. Один из слоев образован из традиционной гибкой пленки, например, из полиэтилена, полипропилена, сложного полиэфира, алюминия, бумаги и т.п. Другой из слоев образован из пленкообразующего вещества, способного претерпевать две разные структурные трансформации, первая из которых (стадия А) происходит либо самопроизвольно, либо при приложении энергии, например, тепла, во время процесса соединения пленки, и она переводит вещество в состояние, позволяющее эту многослойную пленку обрабатывать, а вторая трансформация осуществляется позднее по требованию (стадия В) путем приложения энергии определенного типа. В частности, прикладываемой энергией может быть свет (например, в УФ-диапазоне), ультразвук, пучок электронов, тепло (при температуре инициации, превышающей температуру первой стадии) и т.п. Трансформируемое вещество может быть нанесено на всю поверхность или на ее часть традиционной гибкой пленки; в первом случае его можно нанести поливом или распылением, или оно может образовать пленку для соединения с традиционной гибкой пленкой; во втором случае трансформируемое вещество можно нанести типографской печатью. Во всех случаях многослойная пленка 2 является гибкой, и ее можно обрабатывать, наматывать в рулон и хранить подобно традиционной гибкой пленке.
Трансформируемое вещество предпочтительно является смесью нескольких полимеров, например, системой, образованной из фотосшиваемых ненасыщенных полиэфирных смол и одного или нескольких загустителей, таких как оксид магния, оксид кальция в форме пасты или порошка, или образованной из ненасыщенной эпоксидной смолы и ангидрида, или из ненасыщенного сложного полиэфира и диизоцианата, или из полиола и диизоцианата, или из эпоксидной смолы, диакрилата и диизоцианата, или из полиуретанового клея и акрилатной системы, или из винилового лака и акриловой системы и т.п., причем на первой стадии происходит реакция полимеризации между двумя различными смолами, которая может приводить к сшиванию полимеров, или к полимеризации молекул одной смолы, или же к загустеванию в результате координации нескольких молекул вокруг координационного центра, что, таким образом, обеспечит обрабатываемость пленки, тогда как на второй стадии произойдет окончательное отверждение. Трансформируемую систему обычно снабжают компонентами, по меньшей мере один из которых имеет двойные связи; такую систему также можно снабдить активатором (фотоинициатором, термоактиватором, катализатором). Примерами фотоинициаторов являются бензофенон, альфа-гидроксикетоны.
После получения пленки 2, когда ее потребуется использовать, например, для получения по существу жесткого изделия или контейнера 4, эту пленку подвергают воздействию энергии типа, совместимого с природой трансформируемого вещества, так что пленка переходит из гибкого в по существу жесткое состояние.
Приложение энергии может быть осуществлено в любой момент и в любой форме в зависимости от получаемого изделия. Например, если получают упаковку в виде оболочки для продукта, имеющего свою собственную форму, например, оболочку панели, то после нанесения на эту панель гибкой многослойной пленки, энергию можно подвести ко всей поверхности упомянутой панели.
Однако, если продукт, на который наносят оболочку, представляет собой панель сложной формы или выпуклое тело (например, подлокотник кресла), то многослойная пленка должна быть типа растягивающейся пленки, чтобы точно прилегать к продукту без образования складок или сгибов, и опять-таки энергия будет прикладываться ко всей поверхности упомянутого продукта.
И, наконец, если получаемое изделие представляет собой контейнер 4, например, типа мешка, которому необходимо придать жесткость только по углам, то трансформируемое вещество можно наносить либо только на те полосы многослойной пленки, из которых предполагается сформировать углы контейнера, либо на всю поверхность пленки. В первом случае приложение энергии можно осуществить на всей поверхности пленки, тогда как во втором случае энергию следует подводить, используя экранирование, то есть, воздействуя только на те полосы, из которых предполагается сформировать углы контейнера.
В другом варианте, структурно модифицируемая гибкая пленка представляет собой однослойную гибкую пленку из по меньшей мере частично пористого материала, например, бумаги или нетканого полотна, пропитанного трансформируемым веществом. Таким образом, получают композитный материал из единственного слоя, в котором импрегнирующее вещество образует матрицу, а пленка - армирующий наполнитель; при первой трансформации этот материал переходит в состояние, в котором его можно обрабатывать, а при второй трансформации по требованию он становится по существу жестким. Независимо от способа получения модифицируемой пленки, ее можно обрабатывать, наматывать в рулон, хранить, а также использовать в традиционных упаковочных машинах.
Когда потребуется отвердить всю или часть такой сгибаемой пленки, то энергия в подходящей форме будет подаваться к ней с интенсивностью, требуемой для запуска второй (конечной) трансформации, отверждающей намеченные части пленки.
Вещества, используемые в этом варианте выполнения, являются такими, чтобы пленка не была липкой даже в ее состоянии, предшествующем конечной жесткости, и могут быть, например, диспергированы в воде или растворены в растворителе уретанакрилатами, ненасыщенными сложными полиэфирами, полиакрилатами с различными концевыми группами или др.
В варианте данного выполнения, однослойную трансформируемую пленку можно соединить с традиционными гибкими пленками с получением многослойной пленки, в которой по меньшей мере один слой будет обладать способностью претерпевать два разных превращения, из которых второе будет улучшать его механические свойства.
В третьем варианте, вещество, отверждаемое по требованию, также может экструдироваться, и, таким образом, его можно отдельно экструдировать с получением структурно модифицируемой гибкой пленки, или ко-экструдировать вместе с каким-либо полиолефином, способным образовать пленку.
В последнем случае придающее жесткость вещество претерпевает первое превращение на стадии экструдирования, превращаясь в гибкую пленку, тогда как второе превращение, придающее пленке жесткость, осуществляют по требованию путем приложения энергии в форме, подходящей для данной системы.
Очевидно, что в обоих упомянутых случаях, в которых придающее жесткость вещество относится к типу гибких веществ, оно будет присутствовать на всей поверхности структурно модифицируемой пленки по изобретению, и, следовательно, если предполагается, что превращение должно затрагивать только определенные участки пленки, приложение энергии придется осуществлять с экранированием.
Четвертый вариант структурно модифицируемой гибкой пленки представляет собой промежуточное решение относительно того, что изложено выше. В соответствии с данным четвертым вариантом, гибкая пленка относится к типу многослойных пленок, то есть, ее образуют из нескольких слоев, одним из которых является традиционная гибкая пленка, на которую наносят вещество, придающее жесткость, как описано выше для первого варианта, и по меньшей мере один другой слой многослойной пленки состоит из материала, придающего жесткость, или содержит его. Таким образом, в данном случае прикладываемая энергия будет воздействовать на более чем один слой, и это позволит получить выраженный или селективный эффект в зависимости от того, будут ли использованные вещества одинаковыми или различными.
Пятый вариант выполнения структурно модифицируемой гибкой пленки представляет собой традиционную гибкую пленку, на которую наносят сшиваемый полимер, который при комнатной температуре находится в твердом состоянии и который разводят в растворителе, пригодном для нанесения. В данном случае первая стадия превращения заключается в испарении растворителя с последующим возможным соединением гибкой пленки со второй пленкой с получением обрабатываемой и наматываемой многослойной пленки, а придание многослойной пленке конечной жесткости осуществляют путем сшивания полимера с использованием активатора или без него в результате приложения энергии (например, пучка электронов, или УФ-излучения в случае наличия фотоинициатора).
Шестой вариант выполнения структурно модифицируемой гибкой пленки использует в качестве придающего жесткость вещества, наносимого на традиционную гибкую пленку, смеси двух полимеров, полученных радикальной полимеризацией, один из которых находится в жидком состоянии, а другой - в твердом состоянии (физически загустевший). В данном случае полимер, находящийся в твердом состоянии, в частности, порошкообразный, диспергируют в полимере, находящемся в жидком состоянии, при этом консистенция суспензии такова, чтобы позволить ее нанесение с использованием традиционных способов; при этом первое превращение является термическим, и оно приводит к солюбилизации твердого полимера в жидком полимере, что вызывает значительное повышение вязкости системы, а второе превращение представляет собой сшивание, по меньшей мере, одного из двух полимеров, что в результате придает пластиковой пленке конечную жесткость. Веществами, которые можно использовать в данном случае, являются твердый сложный полиэфир и жидкий сложный полиэфир, по меньшей мере один из которых является ненасыщенным, твердый диакрилат и жидкий диакрилат или перекрестные системы. Данная система имеет достоинство, заключающееся в очень быстром загустевании, без вредного влияния на эксплуатационные характеристики полимера.
Седьмой вариант выполнения структурно модифицируемой гибкой пленки заключается в нанесении на традиционную пленку системы, образованной из двухкомпонентного полиуретанового клея и расширяемых микрогранул. В данном случае первая стадия структурного превращения заключается в образовании полиуретанового клея с последующим возникновением адгезии между матрицей, пленкой и микрогранулами, тогда как вторая стадия заключается в расширении микрогранул в результате приложения тепловой энергии. В свою очередь, увеличение объема, происходящее в результате расширения микрогранул, определяет повышение жесткости тех частей пленки, в которых содержатся микрогранулы.
В одном варианте данного выполнения микрогранулы вводят в систему, которая сшивается после приложения одинаковых или различных типов энергии, или в одну из уже описанных систем двухстадийного придания жесткости. В данном случае, первое превращение заключается в загустевании системы, содержащей микрогранулы, тогда как вторым превращением, придающим конечную жесткость, является расширение микрогранул, а также сшивание содержащей их системы, что таким образом улучшает получаемый конечный результат.
Восьмой вариант выполнения структурно модифицируемой гибкой пленки заключается во введении в органическую смолу двойного отверждения наполнителя в виде наночастиц, которые образуют «нанокомпозит», что в результате приводит к увеличению модуля упругости смолы и, тем самым, многослойной пленки. Для того чтобы наночастицы вносили значительный вклад в механические свойства пленки, они должны быть связаны со смолой, а для получения хорошей связи между наполнителем и матрицей, наночастицы должны быть функционализированы органическими группами, совместимыми с используемой смолой, так, чтобы между частицами и матрицей образовались бы химические связи. Используемые частицы предпочтительно имеют неорганическую природу, и они могут быть естественного происхождения, такими как монтмориллонит, или их можно получить химическим синтезом (например, из алкоксисиланов), или из гибридного материала; для образования связи с совместимой частью смолы, с которой они будут образовывать нанокомпозиты, на них можно нанести покрытие в виде полимерной матрицы.
Девятый вариант выполнения структурно модифицируемой гибкой пленки основан на использовании гибридной системы, образованной из неорганической части и органической части, с возможным армированием наночастицами. В данном случае возникает синергетический эффект комбинации органической части, обеспечивающей гибкость пленки, с неорганической частью, определяющей значительное увеличение модуля упругости. Наконец, присутствие наночастиц позволяет получать нанокомпозитный материал, который еще больше повышает жесткость пленки. В данном случае используемые наночастицы могут быть органическо-неорганическими гибридными материалами, образующими связи с органической частью матрицы или с неорганической частью.
Вне зависимости от способа получения структурно модифицируемой гибкой пленки ее можно обрабатывать, наматывать в рулон и хранить, и она пригодна для современных упаковочных машин.
Когда всей или части гибкой пленки требуется придать жесткость, то для инициирования конечного превращения, придающего в результате жесткость намеченным участкам пленки, энергия должна прикладываться в такой форме и с той интенсивностью, которые требуются данной системой.
1. Структурно модифицируемая гибкая пленка, содержащая, по меньшей мере, один сгибаемый слой, связанный, по меньшей мере, на части своей площади с придающей жесткость системой, состоящей из, по меньшей мере, одного вещества, которое первоначально является жидким при нанесении на указанный сгибаемый слой, но затем подвергнут загустеванию в первом процессе трансформации, при этом указанная пленка является сгибаемой и наматываемой в рулон и впоследствии может быть отверждена при необходимости путем приложения энергии во втором процессе трансформации.
2. Пленка по п.1, отличающаяся тем, что указанная придающая жесткость система способна загустевать либо самопроизвольно, либо при приложении энергии, например тепловой.
3. Пленка по п.1, отличающаяся тем, что указанный сгибаемый слой состоит из, по меньшей мере, одного слоя вещества из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, полиэфир, алюминий, бумагу.
4. Пленка по п.1, отличающаяся тем, что указанная придающая жесткость система состоит из смеси полимеров.
5. Пленка по п.3, отличающаяся тем, что указанная придающая жесткость система состоит из смеси ненасыщенных полиэфирных смол.
6. Пленка по п.5, отличающаяся тем, что указанная придающая жесткость система состоит из смеси ненасыщенных смол с, по меньшей мере, одним загустителем.
7. Пленка по п.4, отличающаяся тем, что указанная придающая жесткость система состоит из смеси эпоксидной смолы, диакрилатов, диизоцианатов и фотоинициаторов.
