用於從容器中清除氧氣的製品的製作方法
2023-11-04 05:02:32 1
專利名稱：用於從容器中清除氧氣的製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由結合氧氣清除劑的聚合物組成的製品。具體地說，本發明涉及一種用於從容器中清除氧氣的製品，其中該製品由結合氧氣清除劑的聚烯烴組成。
背景技術：
在包裝工業中，容器的氧氣滲透性已促成了許多發明。在食品容器中，過量氧氣最終會導致食品降解。例如，酒容器中的過量氧氣將導致酒的氧化，這是由於形成了乙酸、醋，結果破壞了所裝食品(酒)的價值。其它氧化反應同樣破壞過多食品，這促成該工業領域技術人員去發明各種方法來克服氧氣滲透性方面的問題。一種方法是通過使用具有高不滲性的包裝材料來防止氧氣進入包裝，這只能基本上，而不能完全防止氧氣進入容器。另一方法是通過使用氧氣清除劑來去除一旦加入容器中的氧氣。
為了使用各種氧氣清除劑來清除容器中的氧氣，現已發展了各種技術。一種技術是將氧氣清除劑置入一層包裝材料中，然後用氧氣滲透層包覆該清除層，這樣可防止在從容器中去除氧氣時，清除層與內容物發生接觸。Farrell等人關於氧氣清除劑的美國專利№4536409公開了該技術。在Farrell等人的專利中，將包含氧氣清除劑的聚合物層與滲透保護層相結合，這樣可去除氧氣，而不會讓內容物與氧氣清除層有任何直接接觸。Speer等人關於「一種用於清除氧氣的包裝的多層結構」的美國專利№5350622還公開了一種食品容器，其中包括隔絕層、氧氣清除劑層、以及可防止內容物與氧氣清除劑接觸的最內滲透層。儘管這些發明能夠從容器中清除氧氣，但為了防止氧氣清除劑與內容物接觸，它們增加了容器的層數。
大多數食品容器並不是完全裝滿的，因此，在密封容器時，存在一氣體空間。由於其分壓力，氧氣優選為氣態，因此可由固相或液相內容物遷移到這種非故意產生的氣體空間中。在瓶中，該空間包括瓶頸和瓶頸緊下空間。因此，氧氣清除劑也應該位於瓶的瓶頸部分，因為大多數氧氣存在於該空間中。
為了利用氧氣對氣態的偏好，已經提出了幾項發明。Schvester關於「用於液體食品或飲料容器的密封蓋」的美國專利№4840280公開了一種用於液體內容物容器的密封蓋，所述容器具有一個含清除劑的密封袋，其中密封袋被置入該蓋的滲透層內。通過這種方式，Schvester試圖從容器中清除氧氣。Morita等人關於「用於蓋的氧氣清除劑容器」的美國專利№4756436公開了一種用於液體內容物容器的蓋，所述容器中的氧氣清除劑位於許多滲透層內。類似於上述包裝材料，作為一種多層蓋，這些蓋既增加了蓋的尺寸和成本，而且還增加了製造工藝的複雜性。
前述專利雖然有效地清除了氧氣，但沒有最終解決容器中過量氧氣的問題。因此，仍然存在許多未解決的問題，這促使人們在清除容器中過多氧氣方面進一步作出發明。
本發明的公開通過提供一種既不增加容器層數，也不增加製造工藝複雜性的解決方案，本發明擴大了從容器中清除過量氧氣的範圍。為了實現此目的，本發明提供一種由結合氧氣清除劑的聚合物組成並用於與容器中氣態內容物接觸的新製品。
本發明的一個方面是一種用於真正清除容器中過量氧氣的製品。除了主要內容物，該容器可具有一個氣態內容物組成的大氣層。該製品包含混入聚合物中的0.1-1.0克氧氣清除劑。該製品基本上只與容器的大氣層直接接觸，而且該製品可固定到容器內部。氧氣清除劑可選自鐵基化合物、有機化合物、生物活性化合物及其混合物。聚合物可以是聚烯烴。該製品可以是固定到容器密封蓋的內表面的薄膜。還有，該製品可以是固定到主要包括容器氣氛的容器部分上的薄膜。
本發明的另一方面是一種用於易流食品的容器，其中具有一個能夠從容器的氣氛中清除氧氣的製品。本發明的另一方面是一種製造易流食品用容器的方法，所述容器具有一個能夠從容器氣氛中清除過量氧氣的製品。該容器是按照包括以下步驟的方法製成的。首先，通過配合形成改性聚合物，將氧氣清除劑結合入聚合物中。然後，由該改性聚合物製造出薄膜。最後，作為一種能夠基本上從容器氣氛中清除氧氣的製品，將薄膜固定到容器中。
本發明的一個主要目的是提供一種用於從已裝填密封的瓶中清除氧氣的製品。
附圖的簡要說明
圖1是固定到容器中的本發明製品的一個實施方案的橫切面示意圖。
圖2是固定到容器密封蓋上的本發明製品的一個實施方案的側視圖。
圖3是其中安放有圖2密封蓋的容器的部分橫切面示意圖。
實施本發明的方式通常，用於易流食品如果汁、酒、飲料、湯等的容器，在密封容器中可產生一定「大氣氛」。由氣態物質組成的該氣氛通常位於容器的主要內容物的上方，它有幾種作用。一個目的是降低容器中主要內容物的量，這是製造商節省成本的一個措施。另一目的可能是作為一種安全措施，這樣可適應在分發容器時可能產生的壓力變化。另一目的是提供給消費者一種在開啟時不會溢出其內容物的容器。儘管該氣氛有多種作用，但它同樣給製造商帶來諸多問題。一個問題涉及容器中的過量氧氣。「過量」是指，容器內容物並不需要氧氣，而且實際上它往往對容器內容物有害。通過一種不顯著增加製造易流食品容器的成本或複雜性的新方式，本發明製品可用於從容器的氣氛中去除過量氧氣。
本發明製品由能夠從容器的氣氛中清除過量氧氣的改性聚合物組成。這種改性聚合物結合有氧氣清除劑。在改性聚合物轉變成容器結構如瓶之前，將氧氣清除劑結合入聚烯烴中。本發明的一個新穎方面是，從容器的氣氛中有效清除過量氧氣所需的氧氣清除劑量最小。本發明僅需要最小量的氧氣清除劑，因為，只有圍繞該氣氛的容器上部才真正存在過量氧氣。由於氧氣分壓的緣故，容器上部有時稱作「上空間」，是氧氣在容器中優選存在的地方。因此，利用氧氣對氣態的偏好，本發明僅需要最小量的氧氣清除劑，就能夠有效地防止容器中主要內容物的氧化作用。
混入聚合物中的氧清除劑的量約為0.1-1.0克。氧氣清除劑可選自一種或多種以下物質，其中包括有機化合物、鐵基化合物、和/或生物活性化合物。鐵基化合物可包括FeOx、純鐵、含鐵有機化合物和FexOy(OH)z。通過使用鐵基化合物，氧清除劑可在容器裝填之前或同時進行溼度活化。例如，在容器製造之後，該容器可無限期地在較低溼度環境中儲存。這樣，在容器裝填之前或同時，該容器可在預定時間內暴露於較高溼度環境中，充分活化該氧清除劑。還有，適用於本發明的鐵基氧清除化合物為OXYGUARD，得自日本Toyo Seikan Kaisha of Yokahama。
本領域熟練技術人員所熟知的各種有機化合物可用作本發明的氧清除劑。例如，細海沙和/或細茶葉可適用作本發明的氧氣清除劑。還有，如Tokuyama等人關於「活性氧氣清除劑」的美國專利№5346697中所描述的，米提取物可用作本發明的氧氣清除劑。另外，大多數維生素可用作本發明的氧氣清除劑。具體地說，抗壞血酸(維生素C)、維生素B或維生素E化合物都可用作本發明的氧氣清除劑。
例如，聚丙烯和/或聚乙烯的單體和短鏈聚合物也是適用作本發明氧氣清除劑的有機化合物。如果使用短鏈聚合物，通過用例如紫外線或用電子束射線照射改性聚合物，可選擇活化氧氣清除劑。這種照射可影響單體間鍵的斷裂，生成更短、更具化學活性的聚合物鏈和單體。如果需要加速氧氣清除過程，可將有機化合物與鐵基化合物的混合物混入聚合物中，所述聚合物優選為聚烯烴。但該聚合物可以是PET、COPET或其混合物。
如圖1所示，容器總稱為10。儘管容器10是瓶狀，但這種形狀僅用於說明，而不是用於限定在清除容器中氧氣時本發明所採用的可能結構。容器10包括下部12和上部14。容器10還具有一個位於容器10頂部的開口16。
下部12通常包括被容器10中主要內容物18填充的區域。主要內容物18可以是液體，如碳酸飲料、水、果汁、等。主要內容物18還可以是固體，如香料顆粒。還有，主要內容物可以是液體與固體的混合物，如湯或酸乳酪。下部12由與容器10主要內容物18基本上不反應的聚合物組成。下部12可由PET、COPET或其混合物組成。然而，在其它實施方案中，可以使用能夠提高這些物質內在性能的改性PET、COPET、或其混合物。
上部14通常包括容器10的氣態內容物20。在圖1所示的瓶結構中，上部14為瓶的瓶頸部分。氣態內容物20往往是密封開口16之後被截留在容器10中的氣體、以及由主要內容物18瀰漫出來的氣體。氣態內容物20還可以是由下部12或上部14透過容器10的氣體。氣態內容物20主要包括氧氣、二氧化碳、氮氣和水蒸氣。在該實施方案中，本發明製品是一種圍繞容器上部14的薄膜22。該薄膜22由改性聚合物組成，這種改性聚合物能夠從氣態內容物20中清除氧氣，這樣降低了氧氣與主要內容物18進行不利反應的可能性。改性聚合物混有氧氣清除劑，它可與任何過量氧氣相結合，由此將其從氣態內容物20中清除。
薄膜22固定在主要內容物18之上，這樣可減少主要內容物18與混入聚合物薄膜22中的氧氣清除劑的接觸。上部14和下部12的尺寸取決於容器10的尺寸和形狀，以及被裝填在容器10中的主要內容物18的高度。這直接影響薄膜22的尺寸和形狀。
薄膜22被固定到預製容器10的上部14上。薄膜22可使用幾種熟知方法固定到容器10上。一種方法是熱封，其中，將預置薄膜22和容器10的上部14放置在預定溫度下足夠長的時間，使薄膜22與上部14發生粘附。儘管本發明的製品已根據特定容器形狀進行描述，但本領域熟練技術人員可以看出，只要不背離本發明的範圍，可以採用其它的容器形狀。
如圖2和3所示，密封蓋總稱為30，它是由外蓋32、旋鈕34、內螺紋36和內凸緣38組成。在該實施方案中，本發明製品是一種固定到密封蓋30的內凸緣38上的薄膜40。
如前所述，薄膜40由改性聚合物組成，這種改性聚合物能夠從氣態內容物20中清除氧氣，這樣降低了氧氣與主要內容物18進行不利反應的可能性。改性聚合物混有可與任何過量氧氣相結合的氧氣清除劑，由此將其從氣態內容物20中清除。薄膜40設計成基本上不影響密封蓋30的密封和從容器10中取出密封蓋30。密封蓋30位於容器10中以密封容器10。儘管本發明製品是根據特定密封蓋進行描述的，但本領域熟練技術人員可以看出，只要不背離本發明的範圍，可以採用其它的密封蓋。
本發明製品是一種混入約0.1-1.0克氧氣清除劑的聚合物。該聚合物可以是聚烯烴、等。優選的聚烯烴為聚乙烯。氧氣清除劑如上所述，它通常包括鐵基化合物、有機化合物和生物化合物。這些氧氣清除劑可通過相關領域熟知的各種方法混入聚合物中。一種將氧氣清除劑混入聚合物中的特別有用的方法是配合方法。
在配合方法中，各種成分完全熔融混合成儘可能均勻的物質。有關配合的詳細描述，參見Plastics Engineering Handbook of the Society of thePlastics Industry，第22章，第5版，，Van Nostrand Reinhold 1991，其中還概括地提供了有關塑料的知識。有幾種配合方法，它們採用了這樣幾種設備，如單螺杆擠出機、連續混合器、充分乾燥混合器、造粒機和雙螺杆擠出機。優選的配合方法是通過雙螺杆擠出機。
在雙螺杆擠出機中，雙螺杆並排排列，組成相互咬合併自擦拭的共轉螺杆。由於螺杆朝著相同方向旋轉，所以聚烯烴就以八字軌跡，沿著內機筒壁由加料杯旋轉式轉移到出料點。
螺杆部件的幾何形狀是這樣的，其中一個螺杆的底部通常被第二個螺杆的螺紋末端所擦拭，它們之間在每個點上具有均勻的小空隙。因此，消除了死角，每種熔料都能均勻停留，而且縮短了清洗時間。由於物料在雙螺杆擠出機中能夠積極轉移，因此熔融聚烯烴和氧氣清除劑可有效轉移，而與摩擦係數無關。有了積極轉移，通過在某些區域進行脫氣處理可用部分填充的螺紋進行操作，或加入其它組分。
螺杆形狀可用於改變轉移效率、產率、填充度、和產生壓力。具有反向螺紋的螺杆可用於產生定位的高壓。機筒部間的液壓控制動力閥可用於在操作時改變壓力。通過不同強度的剪切力，交錯式塔螺杆可進行充分橫向混合。通過合適的螺杆設計，可產生各種混合和捏合效果。停留時間由機筒長度、螺距、螺杆速率和產率來決定。根據工藝和操作條件，停留時間可在20秒至10分鐘之間改變。通過改變螺杆幾何形狀，可以影響停留時間的分布，由此可擴大停留時間分布以進行顯著的縱向混合。通過冷卻螺杆和機筒壁，可選擇性地去除熔料的熱量，這導致熔融粘度升高，同時導致較高的剪切率。通過選擇合適的螺杆幾何形狀，可減少對外加熱的需求。根據產品和工藝，特定輸入能為0.05-1.2kWh/Kg。
通過使用較窄的螺紋，可將機筒中的改性聚合物加工成薄層。這種設計提高了加工效率，特別是在機筒頂部，在此改性聚合物可由一個螺杆轉移到另一個上，因此這些層製品可連續混合和翻轉。
揮發成份可由沿著機筒長度方向分布的不同透氣孔來去除。通過合適的計量設備，可將高或低粘度液體或熔料或自由流動固體於各種不同的時間內加入機筒中。也可使用具有反轉螺杆的雙螺杆擠出機，儘管與共轉螺杆型擠出機存在相似性，但它們在加工熔料的方式上存在某些明顯不同之處。
關於反轉螺杆，螺紋可通過摩擦將改性聚合物沿著這樣一個方向進行轉移，其中所有改性聚合物被擠壓到兩個螺杆交會的部位，這樣可形成類似於雙輥磨的改性聚合物庫，儘管某些物料可通過雙螺杆間的空隙滑走。至於雙輥磨，其原理是，為了能夠在一段時間內等同地加工每個顆粒，利用統計方式，將改性聚合物由輥隙上方的料庫通過輥隙逐漸進行加料。按照雙輥磨的方式，反轉雙螺杆可使改性聚合物在特別高的剪切下通過輥隙。相對聚集在料庫中的那部分物料而言，通過改變螺杆間的空隙，可以改變在螺杆間加料的部分物料，使其只是順著機筒向下移動。通過縮小空隙，經過輥隙的改性聚合物要經受較大的剪切力，而且料庫中的物料部分也更多。
然而，經過統計，只有一部分物料要經受輥隙的高剪切條件，而且只有一部分經受料庫的低剪切條件。反轉雙螺杆不能完全自清洗。
在共轉雙螺杆中，一個螺杆利用相互咬合作用將物料旋轉向上轉移至這樣的部位，其中，由於存在兩個相對且相等的速度梯度，大多數物料以上述八字軌跡，沿著整個機筒長度方向由一個螺杆轉移至另一螺杆。由於八字軌跡較長，通過這種設計所產生的熔融溫度控制效果要好得多。通過選擇螺紋深度，可在非常寬的範圍內調整在缺陷點上所產生的剪切能量。除了明顯有助於顏色變化的優點，自清洗螺杆還可控制停留時間，這對於熱敏樹脂和顏料、或對於高溫加工操作來說是重要的。為了減少熱和剪切時間，較短且均勻的停留時間是至關重要的，這樣可優化產品質量。
工業實用性本發明最適於防止易流食品如飲料的氧化。本發明製品可固定到容器的某個部位上，該容器在用所需內容物進行裝填之前包括容器氣氛部分。另外，本發明製品可固定到容器的密封蓋上，該密封蓋在用所需內容物裝填容器之後密封到容器上。在任一情形下，本發明都能夠從容器氣氛中清除氧氣，這樣可防止或最少基本上降低內容物的分解作用。
本發明僅需要最少量的氧氣清除劑就能夠實現其從密封容器中清除過量氧氣的目的，因為本發明製品與密封容器中的氣態內容物直接接觸。儘管該製品與氣態內容物直接接觸，但氧氣清除劑不會另外對容器中的主要內容物產生害處，這是由於該氧氣清除劑已被混入聚合物中，且該製品並不總是與主要內容物接觸，因為該製品被安放在氣態內容物區域中。
權利要求
1.一種用於從容器中基本上清除過量氧氣的製品，除了主要內容物外所述容器還具有由氣態內容物組成的氣氛，所述製品包含混入聚合物中的0.1-1.0克氧氣清除劑，其中所述製品基本上只與容器的氣氛直接接觸，且所述製品可固定到容器內部。
2.一種用於易流食品的容器，其中具有能夠從容器的氣氛中清除過量氧氣的製品，所述製品包含混入聚合物中的0.1-1.0克氧氣清除劑，其中所述製品基本上只與容器的氣氛直接接觸，且所述製品可固定到容器某個部分。
3.一種用於易流食品的容器，其中具有能夠從容器的氣氛中清除過量氧氣的製品，所述製品由混入0.1-1.0克氧氣清除劑的聚合物組成，所述容器是按照包括以下步驟的方法製成的通過配合形成改性聚合物，將氧氣清除劑混入聚合物中；由該改性聚合物製造出薄膜；作為一種能夠基本上從容器的氣氛中清除氧氣的製品，將所述薄膜固定到容器上，所述製品選自固定到包括容器的氣氛的容器部分上的薄膜，和固定到容器密封蓋內表面上的薄膜。
4.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述氧氣清除劑選自鐵基化合物、有機化合物、生物活性化合物及其任意混合物。
5.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述鐵基化合物選自FeOx、純鐵、含鐵有機化合物和FexOy(OH)z。
6.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述氧氣清除劑通過暴露於較高溼度環境而活化。
7.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述有機化合物選自抗壞血酸、維生素E和維生素B。
8.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述聚合物選自聚烯烴、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯的共聚物、及其混合物。
9.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述製品為固定到容器密封蓋內表面上的薄膜。
10.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述製品為固定到包括容器氣氛的容器部分上的薄膜。
11.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述容器為瓶狀，且所述製品固定到瓶的瓶頸部分。
12.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述容器的主要內容物為易流食品。
13.根據前述權利要求中任何一項的製品或容器，其中所述製品為固定到基本上包括容器氣氛的容器部分上的薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種由混入氧氣清除劑的聚合物組成的製品,它適用於氧敏內容物。一旦固定到容器內部,這種新製品就能夠從容器的密封氣氛中清除過量氧氣,而基本上不必改變對類似容器的設計。該製品由混入0.1—1.0克氧氣清除劑的聚合物組成。該製品的一種形態是僅圍繞容器氣氛的薄膜。在大多數的容器結構中,該製品是容器的瓶頸部分。該製品的另一形態是固定到容器密封蓋底部的薄膜。所述聚合物可以是聚烯烴如聚乙烯。氧氣清除劑可選自鐵基化合物、有機化合物、和生物活性化合物。更具體地說,鐵基化合物可選自純鐵、含鐵有機化合物、FeO
文檔編號B01J20/22GK1241292SQ97198649
公開日2000年1月12日 申請日期1997年10月7日 優先權日1996年10月9日
發明者P·弗裡斯克 申請人:利樂拉瓦爾集團及財務有限公司