作为穿刺元件的夹带矿物的塑料配制品的制作方法

背景技术：

1.技术领域

本发明总体上涉及夹带干燥剂的塑料配制品。更特别地，本发明涉及此类配制品在产品包装中作为穿刺元件的用途，例如用于穿刺箔、纸、纸板或塑料膜或层。

2.相关技术说明

存在许多优选地在必须经控制和/或调节的环境中储存、运送和/或使用的物品。例如，在水分控制领域，已经认为具有吸收过量的在容器和/或包装物中捕获的水分的能力的容器和/或包装物是令人希望的。水分、氧气、乙烯以及其他气态物质的控制在医疗、电子学以及食品包装应用中可能是令人希望的。

常规地，干燥剂、氧气吸收剂以及其他活性剂已经以原始形式使用(例如作为容纳在包装内的小袋或小罐中的松散的微粒)，以控制包装物的内环境。对于许多应用，不希望具有此类松散地储存的活性物质。为了解决这个问题，本申请的受让人已经开发了包含活性剂的活性夹带聚合物，其中此类聚合物可以被挤出和/或模制成所希望的形式，例如容器衬层、塞子、膜片、粒料以及其他此类结构。任选地，此类活性夹带聚合物可以包含通道形成剂，例如聚乙二醇(peg)，其在夹带聚合物的表面与其内部之间形成通道，以将选定材料(例如水分)输送到夹带活性剂(例如用来吸收水分的干燥剂)。夹带聚合物可以是两相配制品(即包含基础聚合物和活性剂，没有通道形成剂)或三相配制品(即包含基础聚合物、活性剂以及通道形成剂)。夹带聚合物描述于例如美国专利号5,911,937、6,080,350、6,124,006、6,130,263、6,194,079、6,214,255、6,486,231、7,005,459、以及美国专利公开号2016/0039955，其中每一个通过引用并入本文，如同完全阐述一般。

有利地，可以模制夹带聚合物，以形成具有特定几何结构的部件。然而，干燥剂材料的高负载可能致使此类部件变脆。这是因为典型的干燥剂材料呈矿物形式，例如硅胶、分子筛和膨润土。干燥剂越多，水分吸收能力越强，但是所得产品也越脆。对于用于产品包装的呈圆盘、衬层以及膜形式的夹带干燥剂的聚合物，60％-70％的干燥剂负载是典型的。然而，此类干燥剂通常只起到干燥功能，或可能会提供用于储存产品的限定的空腔(例如，在诊断测试条小瓶中的干燥剂衬层)。由于高矿物干燥剂负载的部件的脆性，它们通常不适于活动地且物理地接合(例如穿刺)其他组件，因为存在破裂的风险。

当包装体积小时，以及当需要手动或自动穿刺包装的塑料、纸、箔或纸板膜或一个或多个层时，希望提供兼用作干燥剂元件的穿刺构件。然而，确定合适的配制品比例可能是挑战性的，尤其是因为以上讨论的脆性。

因此，存在对于夹带干燥剂的聚合物的需要，所述聚合物能够穿刺密封件(例如箔)同时还在封闭的空间内提供干燥作用。

技术实现要素：

因此，在一个方面，所披露的概念涉及一种包装穿刺元件，其由特别配制的干燥剂的塑料部件制成，该部件具有合适的穿刺几何结构，例如至少一个尖部。该尖部优选地应具有足够的模量，以便在施加穿刺力时刺穿标准包装箔或塑料层压板。

在任选的实施例中，整个部件是由包含按重量计30％-50％的干燥剂的配制品制成。干燥剂任选地是分子筛。基础聚合物任选地是聚丙烯或尼龙。如果用作食品接触表面的部件，通道形成剂可以是乙烯乙酸乙烯酯(eva)，或者可替换地是聚乙二醇(peg)或上文引用的专利参考文献中披露的任何其他通道形成剂。上述干燥剂负载有利地提供对于预期应用足够的水分吸收，并且不会使部件太脆以致不能用作穿刺元件。

在任选的实施例中，部件的一部分如上所述地制成并且包覆模制在本身包括用于穿刺的尖部的刚性金属或塑料组件上。以此方式提供了希望的刚度(无脆性)，有助于刺穿箔或一个或多个塑料包装层。

任选地，提供了一种穿刺包装箔或层压板的方法。该方法包括提供根据本文披露的任何实施例的穿刺元件并且在该穿刺元件与一个或多个包装层之间施加力，直至该穿刺元件穿破该一个或多个包装层。

附图说明

本发明将结合以下附图进行描述，在这些附图中相似的附图标记指示相似的元件，并且其中：

图1是由夹带聚合物形成的塞子的透视图，用以说明夹带聚合物的构造。

图2是沿图1的线2-2截取的截面图；

图3是与图2的截面图类似的截面图，示出了由夹带聚合物的其他实施例形成的塞子；

图4是根据任选的实施例的夹带聚合物的示意性图解，其中所述活性剂是吸收或吸附材料，例如干燥剂。

图5是根据所披露的概念的任选的包装的示意性图解，其是在用产品填充该包装之前并且没有盖。

图6是图5的包装填充有产品并且在该包装的开口上包括盖的示意性图解，由此提供密封位置。

图7是图6的经填充并且密封的包装布置在分配设备中的示意性图解。

图8是图7的包装和分配设备的示意性图解，示出了从包装中分配产品的操作。

具体实施方式

如在此使用的，术语“活性”被定义为能够作用于根据本发明的选定材料(例如水分或氧气)、与其相互作用或与其反应。此类作用或相互作用的实例可以包括吸收、吸附或释放所述选定材料。

如在此使用的，术语“活性剂”被定义为一种材料，该材料(1)与基础聚合物是不混溶的并且当与基础聚合物和通道形成剂混合并且加热时，将不熔化，即，具有比基础聚合物或通道形成剂的熔点更高的熔点，并且(2)作用于选定材料、与其相互作用或与其反应。术语“活性剂”可以包括但不限于吸收、吸附或释放所述一种或多种选定材料的材料。根据本发明的活性剂可以呈颗粒的形式，优选矿物的形式，但本发明总体上不应被视为仅限制于微粒活性剂(除非相应的权利要求另外列举)。

如在此使用的，术语“基础聚合物”是一种聚合物，所述聚合物任选地具有选定材料的一定气体透过率，所述气体透过率是基本上低于、低于或基本上等于所述通道形成剂的气体透过率。举例而言，在选定材料是水分的实施例中此种透过率将是水蒸气透过率并且活性剂是吸水性干燥剂。基础聚合物的主要功能是提供用于夹带聚合物的结构。合适的基础聚合物可以包括热塑性聚合物，例如，聚烯烃如聚丙烯和聚乙烯、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚丁烯、聚硅氧烷、聚碳酸酯、聚酰胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、聚(氯乙烯)、聚苯乙烯、聚酯、聚酐、聚丙烯腈、聚砜、聚丙烯酸酯、丙烯酸类、聚氨酯以及聚缩醛、或它们的共聚物或混合物。

参照基础聚合物和通道形成剂的水蒸气透过率的这种比较，在一个实施例中，通道形成剂具有的水蒸气透过率是基础聚合物的水蒸气透过率的至少两倍。在另一个实施例中，通道形成剂具有的水蒸气透过率是基础聚合物的水蒸气透过率的至少五倍。在另一个实施例中，通道形成剂具有的水蒸气透过率是基础聚合物的水蒸气透过率的至少十倍。在还另一个实施例中，通道形成剂具有的水蒸气透过率是基础聚合物的水蒸气透过率的至少二十倍。在还另一个实施例中，通道形成剂具有的水蒸气透过率是基础聚合物的水蒸气透过率的至少五十倍。在还另一个实施例中，通道形成剂具有的水蒸气透过率是基础聚合物的水蒸气透过率的至少一百倍。

如在此使用的，术语“通道形成剂”或“多种通道形成剂”被定义为一种材料，所述材料与基础聚合物是不混溶的并且具有亲和力以便以比基础聚合物更快的速率输送气相物质。任选地，当通过混合通道形成剂与基础聚合物形成夹带聚合物时，所述通道形成剂能够形成通过所述夹带聚合物的通道。任选地，此类通道能够将选定材料以比在仅所述基础聚合物中更快的速率输送通过所述夹带聚合物。

如在此使用的，术语“通道”或“互连通道”被定义为由通道形成剂形成的通道，这些通道穿过基础聚合物并且可以彼此相互连接。

如在此使用的，术语“夹带聚合物”被定义为至少由基础聚合物与遍布其中夹带或分布的活性剂以及任选地还有通道形成剂形成的整体材料。夹带聚合物因而包括两相聚合物和三相聚合物。“负载矿物的聚合物”或“负载矿物的夹带聚合物”是夹带聚合物的一种类型，其中活性剂呈矿物的形式，例如，矿物颗粒如分子筛或硅胶。

如在此使用的，术语“整体的”、“整体结构”或“整体组合物”被定义为不是由两个或更多个离散的宏观层或部分组成的组合物或材料。因此,“整体组合物”不包括多层复合物。

如在此使用的，术语“相”被定义为遍布其中均匀地分布的，从而给予所述结构或组合物其整体特征的整体结构或组合物的部分或组分。

如在此使用的，术语“选定材料”被定义为一种材料，所述材料受活性剂的作用、或与活性剂相互作用或反应并且能够通过夹带聚合物的通道进行输送。例如，在干燥剂被用作活性剂的实施例中，所述选定材料可以是可以被所述干燥剂吸收的水分或气体。在释放材料被用作活性剂的实施例中，所述选定材料可以是被所述释放材料释放的试剂，诸如水分、香料、或抗微生物剂。在吸附材料被用作活性剂的实施例中，所述选定材料可以是某些挥发性有机化合物并且所述吸附材料可以是活性炭。

如在此使用的，术语“三相”被定义为包含三个或更多个相的整体组合物或结构。根据本发明的三相组合物的实例将是由基础聚合物、活性剂、以及通道形成剂形成的夹带聚合物。任选地，三相组合物或结构可以包含附加的相，例如，着色剂。

图1-4展示了示例性夹带聚合物10，根据所披露的概念的方面，该夹带聚合物可以是可用的。夹带聚合物10各自包括基础聚合物25、通道形成剂35以及活性剂30。如所示，通道形成剂35形成通过夹带聚合物10的互连通道45。至少一些活性剂30包含在这些通道45中，使得通道45通过在夹带聚合物25的外表面处形成的通道开口48在活性剂30与夹带聚合物10的外部之间连通。活性剂30可以是，例如，多种吸收、吸附或释放材料中的任一种，如在下文中进一步详细地描述的。尽管通道形成剂(例如35)是优选的，但是本发明广泛地包括任选地不包含通道形成剂的夹带聚合物。

合适的通道形成剂可以包括：聚二醇如聚乙二醇(peg)、乙烯-乙烯醇(evoh)、聚乙烯醇(pvoh)、丙三醇多胺、聚氨酯以及多元羧酸(包括聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸)。可替换地，通道形成剂35可以是，例如，水不溶性聚合物，如氧化丙烯聚合物-单丁醚，如polyglykolb01/240，由科莱恩公司(clariant)生产。在其他实施例中，所述通道形成剂可以是氧化丙烯聚合物单丁醚，如polyglykolb01/20，由科莱恩公司生产，氧化丙烯聚合物，如polyglykold01/240，由科莱恩公司生产，乙烯乙酸乙烯酯，尼龙6，尼龙66，或前述的任何组合。

根据本发明的合适的活性剂包括吸收材料，如干燥化合物。图4展示了根据所披露的概念的夹带聚合物10的实施例，其中活性剂30是吸收或吸附材料，例如干燥剂。这些箭头指示选定材料(例如水分或气体)从夹带聚合物10的外部，通过通道45，到达活性剂30的颗粒(吸收或吸附所述选定材料)的路径。

如果活性剂是干燥剂，则可以使用对于给定应用的任何合适的干燥剂。典型地，对于许多应用，物理吸收干燥剂是优选的。这些可以包括分子筛、硅胶、黏土以及淀粉。可替换地，干燥剂可以是形成含水晶体的化学化合物或与水反应以形成新的化合物的化合物。任选地，在任何实施例中，干燥剂是矿物。

任选地，在任何实施例中，活性剂可以是氧清除剂。

合适的吸收材料还可以包括：(1)金属和合金例如，但不限于，镍、铜、铝、硅、焊料、银、金；(2)镀金属微粒诸如镀银铜、镀银镍、镀银玻璃微珠；(3)无机物如batio3、srtio3、sio2、al2o3、zno、tio2、mno、cuo、sb2o3、wc、熔融二氧化硅、气相二氧化硅、无定形熔融二氧化硅、溶胶-凝胶二氧化硅、溶胶-凝胶钛酸盐、混合钛酸盐、离子交换树脂、含锂陶瓷、中空玻璃微珠；(4)基于碳的材料诸如碳、活性炭、炭黑、科琴黑(ketchemblack)、金刚石粉；(5)弹性体，例如聚丁二烯、聚硅氧烷、以及半金属、陶瓷；以及(6)其他填料和颜料。

在另一个实例中，吸收材料可以是二氧化碳清除剂，如氧化钙。在水分和二氧化碳存在下，氧化钙被转化成碳酸钙。因此，氧化钙可以在需要吸收二氧化碳的应用中作为吸收材料使用。此类应用包括保存释放二氧化碳的新鲜食物(例如，水果和蔬菜)。

根据本发明的其他合适的活性剂包括释放材料。此类材料可以包括将从释放材料释放选定材料的任何合适的材料。从释放材料释放的选定材料可以呈固体、凝胶、液体或气体的形式。这些物质可以执行多种功能包括：充当一种香料、调味剂、或香水来源；供应一种生物活性成分如杀虫剂、害虫驱避剂、抗微生物剂、诱饵、芳香族药物，等等；提供加湿或干燥物质；递送空气传播的活性化学品，诸如缓蚀剂；催熟剂以及气味制造剂。

在本发明的夹带聚合物中作为释放材料使用的合适的杀生物剂可以包括，但不限于，杀虫剂、除草剂、杀线虫剂、杀真菌剂、杀鼠剂和/或它们的混合物。除了杀生物剂之外，本发明的覆盖物还可以释放营养素、植物生长调节剂、信息素、脱叶剂和/或它们的混合物。

季铵化合物也可以用作根据本发明的释放材料。此类化合物不仅起表面活性剂的作用，但也赋予夹带聚合物的表面无菌特性或建立用于减少微生物有机体的数目的条件，其中一些可能是致病的。许多其他抗微生物剂，例如氯化苄烷铵和相关类型的化合物如六氯酚，也可以用作根据本发明的释放剂。可以使用其他抗微生物剂，例如二氧化氯释放剂。

据信混合物中活性剂浓度越高，最终组合物的吸收、吸附或释放能力(按照可能的情况)将越大。然而，活性剂浓度过高，特别是呈矿物颗粒形式的活性剂，会导致夹带聚合物固化后是脆的。此外，夹带聚合物的高矿物负载会致使活性剂、基础聚合物和通道形成剂的熔融混合物更难以热成型、挤出或注射模制。因此，本申请人发现，当考虑到负载矿物的夹带聚合物的脆性时，夹带聚合物的矿物负载百分比(按重量计)应优选地为仅起到其活性功能(例如水分吸收)绝对需要的那些。在一个实施例中，矿物活性剂负载水平可以在相对于夹带聚合物的总重量按重量计从20％至50％、优选地30％至50％的范围内。任选地，如果使用，通道形成剂可以以按重量计2％至10％的范围提供。任选地，基础聚合物范围可以为按总组合物的重量计从50％至80％。任选地，添加了例如，以按总组合物的重量计约2％的着色剂。

参见图1，展示了可以根据所披露的概念的任选的方面使用的由夹带聚合物构造的插入件20。插入件20呈塞子55的形式。应理解的是，塞子55仅是夹带聚合物部件的任选的构造的代表，并且夹带聚合物可以成形成不同构造和形状，例如穿刺元件，如以下讨论的。

参见图2，示出了塞子55的截面视图，所述塞子已经由包含已经与活性剂30均匀共混的基础聚合物25和亲水剂或通道形成剂35的夹带聚合物10构成。在图2的图解中，夹带聚合物已被固化使得遍布夹带聚合物10形成了互连通道45，以建立遍布固化的塞子55的通道。如从图1和图2两者可以理解，这些通道终止于塞子55的外表面处的通道开口48。

图3展示了构造和组成与图2的塞子55类似的一个塞子55的实施例，其中与图2的那些相比互连通道45是非常细小的。这可能是由于使用一种二聚剂(即，增塑剂)连同一种通道形成剂35。二聚剂可以增强基础聚合物25与通道形成剂35之间的相容性。这种增强的相容性是通过降低的共混物粘度促进的，这种降低的共混物粘度可促进基础聚合物25和通道形成剂35的更充分地共混，其在正常条件下可能抵抗组合成均匀的溶液。在向其中添加了二聚剂的夹带聚合物10固化时，从其中穿过形成的互连通道45具有更大的分散度和更小的孔隙率，从而建立更大密度的遍布塞子55的互连通道。

互连通道45，例如在此披露的那些，促进所希望的材料(诸如水分、气体或气味)传输通过基础聚合物25，所述基础聚合物通常抵抗这些材料的渗透，因而充当对其的阻挡物。为此原因，基础聚合物25本身充当阻挡物质，在其中可夹带活性剂30。由通道形成剂35形成的互连通道45提供用于所述所希望的材料移动穿过夹带聚合物10的路径。没有这些互连通道45，据信相对少量的所希望的材料通过基础聚合物25被传输至活性剂30或从活性剂30传输。在所希望的材料被传输至活性剂30的情况下，它可以被活性剂30吸收，例如在活性剂30是如干燥剂或氧气吸收剂的活性剂的实施例中。在所希望的材料从活性剂30传输的情况下，它可以从活性剂30释放，例如在活性剂30是释放材料(例如香料或气体释放材料)的实施例中。

现参看图5和图6，示出了根据所披露的概念的包装110的任选的实施例。图5示出了在被填充产品和密封之前的包装110。图6示出了密封位置下的包装110。

包装110具有基底112和从其延伸的侧壁114，所述基底和侧壁限定了包装110的内部118。在被密封之前，包装110包括通向内部118的开口116。如在图6中示出的，当在密封位置下时，包装110包括将储存在内部118内的产品126包封的盖120。任选地，在任何实施例中，产品126是粉末，例如对水分敏感的粉末。盖任选地紧固在开口116的周边，任选地通过热封122。热封122(如果使用)可以通过感应密封方法来施加，如熟练的技术人员所熟悉的。

包装110进一步包括布置在内部118内的穿刺元件130。穿刺元件130包括朝向盖120的切割边缘或尖部132。当包装110在密封位置下时，切割边缘或尖部132任选地与盖120相邻或甚至接触盖120。任选地包括切割边缘或尖部132的穿刺元件130是由负载矿物的聚合物组成，该负载矿物的聚合物包含至少由基础聚合物和包含矿物的活性剂形成的整体材料，如本文所描述的。

任选地，在任何实施例中，整体材料包含通道形成剂。任选地，在任何实施例中，在整体材料中的活性剂是干燥剂，例如分子筛或硅胶。任选地，在任何实施例中，所述负载矿物的聚合物具有按所述整体材料的重量计最高达50％、任选地从20％至50％、任选地从30％至50％的矿物负载水平。任选地，在任何实施例中，活性剂是干燥剂，该干燥剂从包装110的内部118吸收水分以保持产品126的希望的品质，例如延长产品的新鲜度和/或(在粉末的情况下)防止产品的结块或附聚。任选地，在任何实施例中，盖120包括一个或多个层，该层可以包括纸、纸板、塑料、箔或前述物质的组合。任选地，在任何实施例中，所述盖是柔性的，并且具有从0.01mm至1.00mm、任选地从0.01mm至0.40mm的厚度。

现参看图7和图8，示出了任选的分配设备124，其可以根据用于从包装110分配产品126的方法而使用。根据此类方法，将包装110插入分配设备124中。可以启动分配设备124，以将包装110从密封位置转变至分配位置，以便从包装110分配产品126。

在一个任选的方法中，当包装110被插入分配设备124中并且分配设备124启动时，将会在盖120上沿垂直于切割边缘或尖部132的方向施加压力。任选地，这可以通过压力构件128向上压在盖120上和/或迫使包装110向下而使压力构件128在盖120上施加力而完成。在任何情况下，上述沿垂直于切割边缘或尖部132方向施加在盖120上的压力使得切割边缘或尖部132刺穿盖120或从包装110上分开盖120的一部分。这进而将包装110从密封位置转变至分配位置，在该分配位置下，产品126通过开口116进行分配。

任选地，产品126被分配至在包装110下方且填充有液体136的容器134中。任选地，产品126与液体136混合以形成溶液。

任选地，在任何实施例中，基础聚合物是聚丙烯，例如s-1005p。

任选地，在任何实施例中，所披露的概念总体上涉及一种穿刺元件(例如130)，其具有切割边缘或尖部(例如132)，其中该穿刺元件(任选地整个穿刺元件，优选地包括切割边缘或尖部)是由负载矿物的聚合物组成，该负载矿物的聚合物包含至少由基础聚合物和包含矿物的活性剂形成的整体材料。所披露的概念不限于穿刺元件在包装(例如110)中的用途，尽管目前这是其优选的应用。

任选地，在任何实施例中，穿刺元件中的活性剂是干燥剂，例如分子筛或硅胶。任选地，在穿刺元件的任何实施例中，所述负载矿物的聚合物具有按所述整体材料的重量计最高达50％、任选地从20％至50％、任选地从30％至50％的矿物负载水平。任选地，在穿刺元件的任何实施例中，如果所述穿刺元件具有尖部(即尖头(point)等)，则所述尖部具有小于1.0mm、任选地小于0.75mm、任选地从0.01mm至0.75mm、任选地从0.03mm至0.5mm的直径或截面宽度。任选地，在穿刺元件的任何实施例中，如果所述穿刺元件具有切割边缘(即刀片)，则所述切割边缘具有小于1.0mm、任选地小于0.75mm、任选地从0.01mm至0.75mm、任选地从0.03mm至0.5mm的宽度。任选地，在任何实施例中，所述穿刺元件被配置成在施加足够的压力下刺穿40微米厚的铝箔盖而不发生破裂。任选地，所披露的概念涉及如本文披露的穿刺元件的任何实施例用以穿刺盖、任选地密封包装(例如110)的盖(例如120)的用途。

虽然本发明详细地并且参考其具体实例已经进行了描述，但是对本领域技术人员将显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明做出不同改变和修改。