專利名稱：具有脆弱密封的多個分室小袋和飲料容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及柔性小袋和相關的飲料容器，其具有內部脆弱密封，使得可以在小袋中混合組分。更具體地，而不進行限制，本發(fā)明涉及具有再封閉附件的透明塑料小袋，其在分離的分室中具有兩種不同風味的液體，其中持續(xù)的擠壓將使密封破裂并且使不同風味的液體旋流到一起。
背景技術：
本領域中通常已知的是使用柔性塑料小袋，用于包裝各種食品相關的產(chǎn)品，包括單獨的一份飲料。例如，美國專利5,860,743；6,076,968和6,164,825公開了穩(wěn)定的、柔性的、易開小袋，其中吸管可以容易地通過在防止溢出的最上面的筋板中的脆弱密封插入小袋，并且小袋可以立在許多的共平面腳上。此外，在美國專利6,164,822中討論了雙分室直立小袋，其由柔性的材料形成，用于在兩個分離的、但是相互連接的分室中和從這兩個分室中貯留和同時分配兩種分離的糊狀物質。并且，美國專利5,209,347公開了在多室熱塑薄膜包裝中的內部W-形脆弱密封，以便在將右旋糖溶液與氨基酸溶液混合用于靜脈注射治療之前，將它們分離儲存。
本領域中通常還已知，脆弱密封可以在可熱封薄膜之間生產(chǎn)。例如，美國專利4,539,263和4,550,141公開了部分中和的乙烯/酸共聚物(即離聚物)與次要量的丙烯/酸共聚物的共混物，其用于制造可熱封薄膜和層壓制品。這類結構的特征為在擴大的熱封溫度范圍中具有幾乎恒定的剝離強度。該共混物可用于制造熱封的軟質薄膜包裝，盡管用于生產(chǎn)這類包裝的熱封溫度不可避免地會變化，但是其具有的密封有著可預測的和恒定的剝離強度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的具有脆弱密封和可再封閉的附件的多個分室飲料小袋，能夠方便地和廉價地為個體供應具有多種風味飲料的一份飲料。原則上，多種風味的飲料小袋可用于順序地為個體供應風味飲料或者風味飲料的混合物。通過選擇分離的風味液體的顏色和外觀，可以獲得使人愉快的美學或者感官效果。
因此本發(fā)明提供了柔性的多個分室飲料小袋，其包含(a)第一片聚合物薄膜；(b)第二片聚合物薄膜，其被放在第一片聚合物薄膜上，其中第一片和第二片聚合物薄膜相互直接地或者通過第三片插進的聚合物薄膜間接地密封，由此限定了形成密閉的小袋的密封的周邊；(c)處在密閉的小袋的周邊內的至少一個脆弱密封，其中該脆弱密封將密閉的小袋分成分離的分室；(d)被封閉在所述分離的分室之一中的液體飲料；(e)被封閉在第二個分離的分室中的另一種成分；和(f)附件。
在多個分室飲料小袋的一個實施方案中，被封閉在第二個分離的分室中的成分優(yōu)選是液體濃縮物；然而考慮了可以將第二種液體飲料或者甚至粉末或者泡騰誘導固體作為可接受的可選方案。
本發(fā)明還提供了柔性的多個分室小袋，其包含(a)第一片聚合物薄膜；(b)第二片聚合物薄膜，其被放在第一片聚合物薄膜上，其中第一片和第二片聚合物薄膜相互直接地或者通過第三片插進的聚合物薄膜間接地密封，由此限定了形成密閉的小袋的密封的周邊；(c)處在密閉的小袋的周邊內的至少一個脆弱密封，其中該脆弱密封將密閉的小袋分成分離的分室；和(d)被封閉在至少一個所述分離的分室中的流體，其中密閉的小袋的密封的周邊的密封強度足以承受手對被封閉在至少一個所述分離的分室中的流體施加的擠壓，并且其中所述脆弱密封的密封強度不足以承受手對被封閉在至少一個所述分離的分室中的流體的擠壓，從而在足夠的持續(xù)的手擠壓之后，所述流體能夠與至少一個其他分離的分室的包含物混合。
在本發(fā)明的柔性的多個分室飲料小袋和柔性的多個分室小袋兩者中，在脆弱密封處的柔性薄膜層優(yōu)選在持續(xù)的手擠壓下層離，對于青少年應用，該擠壓在包含液體飲料的分離的分室內產(chǎn)生的壓力增量為0.5psig到2.0psig，對于成人應用，壓力增量可高達大約12psig。
脆弱密封可以具有大約130到大約5,000克每英寸的密封強度，但是對于青少年飲料應用，方便的是密封強度在大約400克每英寸直至大約2500克每英寸之間，最優(yōu)選為1,000到2,000克每英寸。因此，包裝優(yōu)選被設計成使得在持續(xù)手擠壓在包含液體飲料或者流體的分離的分室內產(chǎn)生大約0.5psig到大約10psig的壓力增量時，在某些或者全部脆弱密封長度上施加大約1,500克每英寸到大約10,000克每英寸的密封破壞力，并且最優(yōu)選被設計成使得當持續(xù)手擠壓在包含液體飲料或者流體的分離的分室內產(chǎn)生大約0.5psig到大約5psig的壓力增量時，在某些或者全部脆弱密封長度上施加大約400克每英寸和大約6,000克每英寸的密封破壞力。然而，對于成人使用的小袋和飲料應用，可以考慮甚至更高的密封強度和密封破壞力，其中持續(xù)手誘導壓力上升可以達到12psig或者甚至更高。
按照本發(fā)明，脆弱密封優(yōu)選通過將第一片聚合物薄膜熱封到第二片聚合物薄膜上產(chǎn)生，其中所述聚合物薄膜的至少一個和優(yōu)選兩個的內表面包含(a)和(b)的共混物(a)80到93重量百分數(shù)的乙烯/酸離聚物，其中至少50重量百分數(shù)的乙烯/酸離聚物衍生自乙烯共聚單體，并且其中酸的中和程度為5到45％，(b)20到7重量百分數(shù)的丙烯/α-烯烴共聚物，其中α-烯烴共聚單體占共聚物的1到12重量百分數(shù)。
可選擇地，脆弱密封優(yōu)選通過將第一片聚合物薄膜熱封到第二片聚合物薄膜來產(chǎn)生，其中所述聚合物薄膜的至少一個和優(yōu)選兩個的內表面在脆弱熱封處是(a)和(b)的共混物(a)作為主要組分的酸改性的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物或者酸改性的乙烯丙烯酸甲酯(EMA)共聚物，和(b)作為少量組分的部分中和的乙烯酸離聚物。
可選擇地，脆弱密封優(yōu)選通過將第一片聚合物薄膜熱封到第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，其中所述聚合物薄膜的至少一個和優(yōu)選兩個的內表面在脆弱熱封處是(a)和(b)的共混物(a)作為主要組分的部分中和的乙烯酸離聚物或者乙烯酸共聚物，和(b)作為少量組分的聚丁烯-1均聚物或者共聚物。
可選擇地，脆弱密封優(yōu)選通過將第一片聚合物薄膜熱封到第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，其中所述聚合物薄膜的至少一個和優(yōu)選兩個的內表面在脆弱熱封處是(a)和(b)的共混物(a)作為主要組分的茂金屬聚乙烯，和(b)作為少量組分的聚丙烯或者聚丁烯-1均聚物或者共聚物。
本發(fā)明的主要的目的是提供柔性的多個分室小袋和相關的飲料容器，其可以容易地使用普通的工業(yè)設備填充，其中可以容易地通過持續(xù)手擠壓使內部脆弱熱封破裂，但是多個分室小袋的外部周邊保持完整無損，并且所述小袋是足夠堅固的，以承受傳統(tǒng)的運輸和消費者的處理。
附圖簡述

圖1表示本發(fā)明的柔性飲料小袋的兩個分離的分室、平面薄膜的實施方案的正面透視圖。
圖2表示當從線2-2觀看時圖1實施方案的左視圖。
圖3表示本發(fā)明的兩個分離的分室柔性飲料小袋的另一種直立實施方案的正面透視圖。
圖4A到4C表示如何順序地使用本發(fā)明的柔性飲料小袋的透視圖。
圖5到8表示在填充之前本發(fā)明的直立柔性薄膜飲料小袋的四種幾何構型的平面前視圖，其中減去了附件。
圖5A到8A是對于相應的圖5-8的幾何構型，在三種不同的壓力下，作為相對距離的函數(shù)沿著脆弱密封的內接縫施加的計算力(克/英寸)的單個圖。施加剝離力的數(shù)值是基于應用于填充的和密封的飲料容器的有限元模型分析，其中容器在較大的分室中經(jīng)受三種不同的壓力增量(1.0、1.5和2.0psig)。
圖9表示在填充之前，本發(fā)明的直立柔性薄膜飲料小袋的特定實施方案的平面前視圖，該小袋名義上被設計成具有2.4毫升的小的分室和149毫升的總體積。
圖9A是對于圖9的飲料小袋，作為相對距離的函數(shù)的沿著脆弱密封內接縫施加的計算力(克/英寸)的圖形，其中在三種不同的施加的壓力增量下使用有限元模型分析。
圖10表示在填充之前，本發(fā)明的直立柔性薄膜飲料小袋的另一個特定實施方案的平面前視圖，該小袋名義上被設計成具有7.1毫升的小的分室和196毫升的總體積。
圖10A是對于圖10的飲料小袋，作為相對距離的函數(shù)的沿著脆弱密封內接縫施加的計算力(克/英寸)的圖形，其中在四種不同的施加的壓力增量下使用有限元模型分析。
具體實施例方式
在此，雖然主要地以柔性的多分室飲料小袋的優(yōu)選形式或者實施方案，描述和舉例說明了本發(fā)明，但是應該理解，本發(fā)明的基本觀念和功能通常適用于任何柔性薄膜小袋包裝系統(tǒng)，其中流體(即液體、氣體、膏劑、凝膠、漿液等等)被暫時地封閉在分離的分室中，直到對柔性小袋施加手擠壓以使脆弱密封破裂，從而允許包含的流體與鄰近的和分離的分室的包含物混合。應該進一步理解，飲料小袋的概念將不僅包括飲料，例如果汁、牛奶、茶水等等，而且包括酸奶和甚至更粘性的流體，例如奶油蛋羹。因此，對于小袋和飲料容器實施方案兩者，選擇聚合物薄膜或者多層薄膜、密封小袋的周邊和形成將小袋分成分離的分室的脆弱密封，這些概念全都屬于本發(fā)明的方面。
為了更充分地理解本發(fā)明是如何使用的，聚合物薄膜和脆弱密封的性能怎樣涉及新穎的和有利的使用方法，以及得到的柔性包裝體系與現(xiàn)有技術有著怎樣的區(qū)別，或許通過參考附圖可以更好地解釋和理解這些。正如在圖1和圖2中舉例說明的，本發(fā)明的柔性飲料容器(通常由編號10指明)，通常包括兩個迭加的聚合物薄膜片12和14(參看圖2)，聚合物薄膜在周邊或者邊緣16被密封，從而形成小袋18，另一個做法是將單片的薄膜(沒有顯示)背折到自身上，并且沿著基本上三個側邊密封，以形成密閉的小袋。在小袋18的內部是脆弱密封20(參看圖1)，其將飲料容器10分成兩個分離的分室22和24。飲料容器還配備有可再封閉附件26，其整體地密封在小袋18的周邊16的上部。
圖3舉例說明了柔性飲料容器10的另一種實施方案，其是雙分室直立柔性薄膜飲料小袋的形式。構成該實施方案的相應元件使用在描述圖1和2中的飲料容器時所使用的相應編號標出。該實施方案與前面圖1和2的飲料容器的不同之處在于，底部28包括折疊的筋板結構30，其使得具有飲料的飲料容器10能夠獨自站立。這樣的實施方案通常還包括更復雜的周邊密封和/或折疊構型，以產(chǎn)生筋板30和底面28。
正如順序地在圖4A到4C中舉例說明的，圖1中舉例說明的柔性雙分室飲料容器，在手擠壓之前，在與較大分室中的飲料分離的較小分離分室中包含第二種飲料、調味濃縮物、其他的成分，例如充氣劑和/或著色劑等等。在手擠壓柔性飲料小袋時，將超過使兩個分室之間的脆弱密封破裂所需要的力。因此，脆弱密封打開，熱封的柔性薄膜層脫層，并且兩個以前分離的分室的包含物混合。同時，飲料容器的外部密封周邊在該手擠壓力下保持完好無損。因此，在擠壓之后通過可再封閉的附件從飲料容器中飲用，與在使脆弱密封破裂之前從所述容器取用相比，將產(chǎn)生不同的風味或者效果。
為了進一步舉例說明和理解在設計和構造本發(fā)明的柔性多個分室小袋和相應的飲料容器中所使用的原理，圖5到8顯示了在站立的雙分室柔性飲料小袋內脆弱密封的四種典型構型。正如舉例說明的，圖5到8顯示了在填充流體或者飲料之前和省略附件或者其他封閉體后，折疊的和平面聚合物薄膜小袋的幾何構型。使用這些構型，其中線條顯示永久的密封或者片中的折痕，在相應的小袋構型上進行了用不可壓縮液體填充時的有限元模型分析。有限元模型分析在密閉小袋內的三種不同壓力增量下進行；即1.0psig、1.5psig和2.0psig。計算了所導致的沿著脆弱密封施加的每單位長度接縫上的力。圖5A到8A顯示了作為相對距離的函數(shù)沿著脆弱密封接縫(即基于有限元分析的相對解析率或者網(wǎng)格的任意的線性單位)施加的這些計算的力(克/英寸)的圖形。正如在相應的圖形中舉例說明的，沿著脆弱密封的力顯著地受脆弱密封的幾何形狀(曲率)的影響，并且該力的大小還是由擠壓小袋誘導的壓力的函數(shù)。圖6A和7A，相當于在脆弱密封設計中存在尖銳點或者頂點，當與圖5A的基本上直線的脆弱密封相比時，明顯地表明，在所述點的頂點處存在高得多的力集中，即足以產(chǎn)生密封破壞力，這可以用于控制破裂的位置以及允許使用更堅固的脆弱密封(即較高的密封強度)。同樣地，圖8和8A的平滑曲線脆弱密封構型，在給定的壓力增量下，相對于脆弱密封的直線構型，顯示較高的剝離力，并且還顯示該提高的力的局部化，但是沒有達到V形頂點構型的程度。鑒于此，應該理解，脆弱密封的物理曲率和形狀成為使力集中以超過脆弱密封的密封強度的手段。因此，按照本發(fā)明，用于有選擇地超過密封強度的力集中手段具有廣泛的等效物，基本上包括任何有意的與直線脆弱密封的偏離。還應該理解，圖5A到8A提出了利用力集中手段使用較高脆弱密封強度的可能性，因此確保了即使是最堅固的脆弱密封的破裂。另一方面，較低的力集中程度和在相對較長的距離上破裂，可以保證分離分室的包含物的較好的、較容易的和/或較快的混合。
圖9和10舉例說明了用于針對兒童果汁-風味飲料市場的特定的優(yōu)選實施方案的另一種幾何構型。與前面的圖5到8相似，顯示的是聚合物薄膜小袋在填充液體飲料之前的折疊的和平面的輪廓。同樣，雙分室柔性飲料小袋預定是站立式的，具有折疊的筋板結構，其產(chǎn)生用于支撐直立小袋的底面。此外，較大的室的右上部的稍微傾斜的外部周邊部分用以安裝附件等等(未顯示)。這兩種另外的實施方案的目的是說明，單份青少年量飲料可以包裝在本發(fā)明的多個分室飲料小袋中。因此，圖9的雙分室小袋名義上是5.76英寸長(或者高)和4.25英寸寬(在底部)，名義上小的分室的體積為2.4毫升，和大的分室的體積為146毫升。圖10的雙分室小袋名義上是6.77英寸高和4.39英寸寬，名義上小的分室的體積為7.1毫升和大的分室的體積為189mL。原則上，圖9的較小的分室用于調味濃縮物、粉末、固體等等，而相應的圖10的分室更適合于具有稍微較大的相對體積的第二種液體調味稀釋液。為了使這類結構適合于青少年應用，認為脆弱密封必須容易地在大約1.0psig的手誘導壓力增量下破裂(即優(yōu)選在大約0.5到大約2.0psig的持續(xù)壓力增量范圍內)，這與通常已知和公開的關于兒童手的力量的知識一致參考例如“3.5到15歲正常兒童的等比肌力和人體測定值”，Backman等，Scand J Rehab Med21105-114，1989和“老年人”，Imrhan等，人的因素，31(6)，689-701，1989。然而，在小袋應用和成人飲料應用中，可接受的手持續(xù)壓力增量范圍接近10到12psig。
圖9A和10A表示同樣在用液體填充時，在相應的小袋構型上進行的有限元分析的結果。正如在前面的說明和計算中的情況，對于圖9和10兩者，有限元模型分析模型分析在三種不同的壓力增量(即1.0、1.5和2.0psig)下進行，對于圖10，還在0.5psig的壓力增量下進行。同樣，這些數(shù)據(jù)的圖形(圖9A和10A)說明，通過擠壓小袋，兒童能沿著脆弱密封的特定部分施加超過大約1,500克/英寸的密封破壞力。
鑒于上述描述，本發(fā)明的單一青少年量飲料容器使用脆弱密封構成和制造，該脆弱密封通常具有低于通過手壓縮小袋獲得的剝離力峰值的密封強度。換言之，脆弱密封被構造成能夠承受在運輸、處理和貯存期間固有地經(jīng)受的力，但是不能承受通過對小袋進行持續(xù)的手擠壓而施加的力。當然，應當理解，小袋壁的聚合物薄膜或者片材的強度必須能承受即使是手擠壓的情況。并且，周邊密封最優(yōu)選是鎖定(lock-up)熱封等等；即相當于在剝離開外部周邊密封和/或使外部周邊密封破裂中薄膜或者片材的伸長或者撕裂所需要的強度。然而，應當理解，雖然對于周邊而言鎖定密封是優(yōu)選的，但是在本發(fā)明的范圍內，周邊密封需要具有高的密封強度，但不是必須是鎖定的，只要脆弱密封比周邊密封薄弱即可。因此，按照本發(fā)明，只要脆弱密封比周邊密封薄弱，即可獲得所需要的脆弱密封的剝離或者破裂；這與密封破壞的機理(例如脫層、破裂、差別(differential)剝離、界面剝離等等)無關。
對于本發(fā)明的目的，用于制造柔性多個分室小袋或者飲料容器的側壁的聚合物薄膜原則上可以是單層的或者多層的聚合物薄膜。側壁結構中包含的這些薄膜不必須具有相同的結構(例如，一個層可以是透明的，而另一個可以是不透明的)。此外，原則上可以使用任何包裝領域中通常已知的這類薄膜級聚合物樹脂或者材料。優(yōu)選使用多層聚合物薄膜結構。通常，多層聚合物片材將包括至少三個明確的層，包括但不局限于，最外面的結構或者機械損傷層、內部阻擋層加最內層，以及在它們之間的任選的一個或多個粘合劑層或者結合層。此外，與預定的小袋包含物接觸和相容的最內層，優(yōu)選能夠形成鎖定周邊密封(即密封強度通常大于1,500克/英寸)和內部脆弱密封兩者。最優(yōu)選最內層還是可熱封的。
最外面的結構或者機械損傷層通常是取向的聚酯或者取向的聚丙烯，但是也可以包括取向尼龍或者紙。該層優(yōu)選是可反向印刷的，并且有利地不受用于制造小袋和分室的密封溫度的影響，因為小袋是通過多層結構的總體厚度被密封的。該層的厚度通常被選擇，以控制小袋的勁度，并且可以為大約10到大約60μm、優(yōu)選大約50μm。
內層可以包括一個或多個阻擋層，取決于能夠潛在地影響小袋內部的產(chǎn)品的大氣條件(氧、濕度、光等等)。阻擋層能夠是敷金屬取向的聚丙烯(PP)或者取向聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、鋁箔、尼龍或者雙軸取向尼龍、它們的共混物或者復合材料，以及其相關的共聚物。阻擋層厚度將取決于產(chǎn)品的敏感性和需要的儲存期限。
包裝的最內層是密封劑。密封劑被選擇成對內含物的味道或者顏色具有最小的影響，不受產(chǎn)品影響，并且承受密封條件(例如液滴、油脂、粉塵等等)。密封劑通常是樹脂，其能夠在實質上低于最外層的熔融溫度下被結合到自身(密封)，因此最外層的外觀將不會受密封過程的影響，并且將不會粘到密封棒的狹口上。用于多層小袋的典型的密封劑包括乙烯共聚物，例如低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、茂金屬聚乙烯(mPE)或者乙烯與乙酸乙烯酯或者丙烯酸甲酯的共聚物，或者乙烯和丙烯酸的共聚物(EAA)或者乙烯和甲基丙烯酸的共聚物(EMAA)，它們是任選地離聚物化的(即部分地用金屬離子例如Na、Zn、Mg或者Li中和的)。典型的密封劑也可以包括聚丙烯共聚物。密封劑層通常是25到100微米厚度。對于本發(fā)明，密封劑必須能夠形成側分室，該側分室通過擠壓能夠破裂和破壞，即脆弱密封。
優(yōu)選，脆弱密封是通過將兩個迭放的聚合物薄膜的多層片材熱封形成的，每個片材具有最內側的由樹脂制造的密封劑層，當熱封在不同溫度下形成時，所述密封劑層形成具有不同的密封強度的界面剝離密封。這類樹脂包括一種或多種聚烯烴的共混物，例如聚乙烯(包括茂金屬聚乙烯)與聚丁烯或者聚丙烯(包括其均聚物或者共聚物)(總稱PE/PB共混物；PE/PP共混物)；聚丙烯與聚丁烯(PP/PB共混物)；聚丙烯與乙烯甲基丙烯酸共聚物(PP/EMAA共混物)；或者聚丙烯與苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段三元共聚物(PP/SEBS共混物)?？蛇x擇地，脆弱密封可以通過在密封的區(qū)域用密封劑局部涂覆最內層來產(chǎn)生?？蛇x擇地，脆弱密封可以通過熱封兩種不同的密封面來形成，例如離聚物和乙烯共聚物。特別優(yōu)選的是將基于部分中和的乙烯丙烯酸共聚物或者乙烯甲基丙烯酸共聚物的離聚物與聚丙烯α-烯烴共聚物的共混物(與PP/PB共聚物共混的EAA或者EMAA離聚物)作為最內側的密封劑層，因為其他共混物是較不可靠的，并且局部涂覆是更昂貴的。在較寬的熱封溫度范圍內具有可預測的剝離強度的這類離聚物與聚丙烯共聚物的共混物，公開于美國專利4,550,141和4,539,263。這些特別優(yōu)選的聚合物共混物，當用于柔性的多個分室飲料小袋時，使聚合物薄膜的每一個的內表面是以下的共混物(a)80到93重量百分數(shù)的乙烯/酸離聚物，其中該離聚物可以是二元共聚物或者三元共聚物，并且至少50重量百分數(shù)的所述乙烯/酸離聚物衍生自乙烯共聚單體，并且通常多于8重量百分數(shù)衍生自酸共聚單體，并且其中酸的中和程度為5到45％，和(b)20到7重量百分數(shù)的丙烯/α-烯烴共聚物，其中α-烯烴共聚單體占所述共聚物的1到12重量百分數(shù)。
正如美國4,550,141專利中教導和舉例的，選擇該量的乙烯/甲基丙烯酸(EMAA)離聚物和丙烯/乙烯共聚物，用作構成最內側密封劑層的共混物，部分地決定了作為在制造脆弱密封中所使用的界面“熱封”溫度的函數(shù)的脆弱密封的剝離強度。更具體地，該專利的實施例公開了使用與EMAA離聚物(15％MAA；用Zn中和22％)共混的大約5重量百分數(shù)直至大約20重量百分數(shù)的PP/E(3％E)共聚物。正如進一步舉例說明的，在較低的PP/E共聚物加入量(例如8％)下，在大約90到120℃溫度范圍內大約800到1070g/in密封強度的熱封平臺的開始，作為PP/E共聚物的提高的加入量(例如20％)的函數(shù)，變化為在大約80到140℃的溫度范圍內的大約130到400g/in密封強度的熱封平臺；參考實施例1和6-9。使用該信息或者本領域技術人員針對其他密封劑共混物測量的類似數(shù)據(jù)，最內側密封劑層的組成可以容易地被選擇，并且易于選擇用于制造脆弱密封的熱封溫度，從而能夠產(chǎn)生具有可預測的和所需要的范圍的破裂剝離力的脆弱密封。
為了制造包含至少一個力集中設置的脆弱密封，以便有選擇地超過脆弱密封的密封強度，考慮了各種可選擇的方法。優(yōu)選利用脆弱密封的形狀和/或曲率來有利地使在小袋被手壓縮或者擠壓時所產(chǎn)生的力集中。然而，當使用了熱封樹脂的局部涂層時，沿著脆弱密封的局部涂層寬度的有意減小等等也可以被有利地用作使力集中的手段，以便達到有選擇地(在有或者沒有曲率的情況下)超過密封強度的目的。此外，用于熱封脆弱密封的(加熱的)熱封棒的幾何形狀和/或可變的寬度，可以用來產(chǎn)生可用于本發(fā)明的力集中設置。原則上和事實上，時間-溫度密封方法也可以被使用，來制造包含力集中設置的脆弱密封，該力集中設置用于有選擇地超過脆弱密封的密封強度。例如，但不是進行限制，不同的熱封棒的重復的和/或多次沖制(strikes)可以產(chǎn)生具有可變的密封強度的脆弱密封，因此其可以充當所要求的用于有選擇地超過所述脆弱密封的密封強度的力集中設置的等效結構。
為了測量上述的密封強度，切割4英寸乘6英寸的聚合物薄膜樣品，樣品的長方向在薄膜的縱向上。切割足夠的薄膜樣品，以便對于每個熱封條件提供三個試樣的一套樣品。然后將薄膜折疊，使得每側的密封劑層接觸另一個。然后，在適當?shù)臏囟?、時間和壓力下，在熱封機的狹口之間將薄膜熱封。然后在測試之前，將熱封的樣品在73°F和50％相對濕度下調節(jié)至少24小時。將密封薄膜的折疊的部分切成兩半，形成適合放入Instron夾緊裝置的夾具的片。然后在薄膜的縱向上切割一英寸試樣，以便在每套密封條件下提供至少三個1英寸寬試樣。
通過使用Instron，在5英寸/分鐘夾緊裝置速度下，在薄膜的縱向中，將密封拉開，來測量密封強度。在其他情況下，還可以在Instron上使用12英寸/分鐘的牽引速率。然后記錄引起密封破壞所需要的最大力，并且以克/25.4毫米(即克/英寸)報告至少三個試樣的平均值。
用作形成脆弱密封的最內層的其他特別優(yōu)選的聚合物共混物包括作為主要組分的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物或者酸改性的EVA共聚物和乙烯丙烯酸甲酯(EMA)共聚物或者酸改性的EMA的混合物，和作為少量組分的聚丙烯均聚物或者共聚物、聚丁烯均聚物或者共聚物、部分中和的乙烯酸離聚物或者該離聚物與茂金屬聚乙烯的混合物。這類聚合物體系和共混物可以作為密封劑從E.I.DuPont de Nemours &Company購得，商品名為Appeel，Bynel，Elvax，Nucrel和Surlyn。同樣，常常使用各種添加劑，包括，但不限于，例如增滑劑、抗粘連劑和/或急冷輥滑脫劑等等。使用這些酸改性的EVA和EMA基共混物，與各種其他的聚合物薄膜層結合，熱密封強度可以有選擇地為300g/in直至3,000g/in，鎖定熱密封強度超過3,000g/in。
在制造用于制造小袋的聚合物薄膜片材期間，共擠出粘合劑被任選地用于功能層之間，以將所述層相互粘合，并且提供結構完整性。這些包括，但是不局限于，用不飽和羧酸基團改性或者接枝的乙烯或者丙烯聚合物和共聚物，所述不飽和羧酸基團例如是馬來酸酐或者馬來酸等等。此外，為了提供附加的厚度(如果是特定的應用中消費者所需要的)，聚烯烴的本體層或者在小袋制造期間修剪的多層薄膜的切碎的殘余物可以被加入到多層結構內?？紤]了聚合物薄膜片材(即所謂的“網(wǎng)材(web stock)”)可以使用任何在本領域中通常已知的方法的組合來生產(chǎn)，例如單層或者多層流延、吹塑薄膜、擠出層壓和粘合層壓以及其組合。本領域中通常已知的加工助劑，包括例如，但不限于，滑爽劑(例如酰胺蠟)、防粘連劑(例如二氧化硅)和抗氧化劑(例如受阻酚)可以引入網(wǎng)材，如果需要促進薄膜制造或者小袋成型的話。通過裁切和熱封分離的網(wǎng)材片，或者通過將折疊和熱封與裁切結合，由網(wǎng)材形成小袋。小袋制造設備，例如由Totani公司，Kyoto，日本，或者Klockner Barlelt公司，Gordonsville，VA，制造的小袋制造設備，可以有利地用于實施本發(fā)明。脆弱的分室可以在小袋成型期間或者之后設置。應該進一步理解，本發(fā)明小袋的熱封的周邊可以通過以下獲得將第一和第二片聚合物薄膜重迭，然后將每個直接熱封到另一個上，或者將它們通過使用插進的第三個聚合物薄膜間接地熱封，這同樣是本領域中通常已知的和實施的。
飲料小袋實施方案必須提供允許消費者容易取得內含物的機制。這可以通過插入吸管或者優(yōu)選地使用附件或者出口來實現(xiàn)，例如由Menshen Packaging USA，Waldwick，NJ或者Portola Packaging，San Jose，CA出售的那些。附件或者出口被優(yōu)選地密封在小袋的上部或者側邊內。附件或者出口從可以借助于感應、熱或者激光能量被密封到小袋上的材料模塑。取決于使用的設備，密封可以在填充小袋之前或之后進行。優(yōu)選地，當將附件用于青少年飲料小袋應用時，附件應該被設計成是保護兒童安全的，例如在美國專利6,138,849和與此同時提交的共同待定和普通轉讓的專利申請編號AD7005US NA中所討論的。
類似地，本發(fā)明的柔性多個分室小袋實施方案可以提供有允許消費者容易取得小袋的包含物的機制，因此該小袋實施方案可以充當飲料小袋。特別地，但不是進行限制，該小袋實施方案可以提供有打開系統(tǒng)，其可以用吸管刺破(即所謂的吸管孔或者刺穿開口)，正如本領域中通常已知的例如參考美國專利5,425,583；5,873,656和6,116,782。
實施例1-18在以下實施例中，在五層吹塑薄膜生產(chǎn)線上生產(chǎn)了五層共擠出吹塑薄膜，外層為熔融指數(shù)0.3和密度0.918g/cc的LDPE，并且鄰接的粘合層為酸酐改性的聚乙烯(Bynel4104)，乙烯-乙烯醇共聚物(EvalF101A)的阻擋層，酸酐改性聚乙烯(Bynel41E687)的第二粘合層，和內部密封劑層，其包含10重量百分數(shù)無規(guī)聚丙烯共聚物(熔體流動速率7和熔點135℃)和90重量百分數(shù)乙烯離聚物三元共聚物的熔融共混物，所述三元共聚物包含10重量百分數(shù)甲基丙烯酸和10重量百分數(shù)丙烯酸異丁酯，15％的酸基被鋅中和。在于62rpm下操作的63.5毫米單螺桿擠出機中在219℃下將LDPE熔融。在于27rpm下操作的50.8毫米單螺桿擠出機中，將EVOH在211℃下熔融。在于34rpm下操作的50.8毫米單螺桿擠出機中在215℃下將Bynel4104熔融。在于12rpm下操作的50.8毫米單螺桿擠出機中，在196℃下將Bynel41E687熔融。在于13rpm下操作的63.5毫米單螺桿擠出機中在223℃下將離聚物共混物熔融。將吹塑薄膜在PE層上進行電暈放電處理，并且層壓到48規(guī)格的取向聚酯(MylarLBT)上。PE層為71微米，每個粘合層為8微米，阻擋層為13微米，并且內部密封劑層為28微米。然后用3毫米寬熱封棒將薄膜熱封到它本身上，兩個熱封棒在275千帕的壓力下和在如實施例中描述的溫度和停留時間下加熱。然后在Instron上對薄膜進行測試，正如前面描述的，其中Instron以12英寸/分鐘進行牽引。正如可以從這些實施例看到的，熱密封強度水平可以容易地通過應用適當?shù)臏囟群蜁r間來制造密封來進行控制，因此獲得所需要的密封強度，以提供大約5000克/英寸或者以下的脆弱性，或者提供8000克/英寸或者更大的鎖定密封。得到的數(shù)據(jù)示于以下表1中。
表1


實施例19-26在以下實施例中，在工業(yè)吹塑薄膜生產(chǎn)線上生產(chǎn)了類似的五層共擠出吹塑薄膜，以制造與實施例1-18中所描述的類似的結構。對于這些實施例，所述薄膜具有LLDPE的外層，酸酐改性聚乙烯(Bynel41E687)的鄰接的粘合層，乙烯-乙烯醇共聚物(Eval F101A)的阻擋層，酸酐改性聚乙烯(Bynel41E687)的第二粘合層，和內部密封劑層，該密封劑層包含10重量百分數(shù)無規(guī)聚丙烯共聚物(熔體流動速率7和熔點135℃)和90重量百分數(shù)乙烯離聚物三元共聚物的熔融共混物，所述三元共聚物包含10重量百分數(shù)甲基丙烯酸和10重量百分數(shù)丙烯酸異丁酯，15％的酸基被鋅中和。吹塑薄膜為100微米或者125微米厚。100微米厚的薄膜由53微米的LLDPE層、5和7微米的結合層、10微米的EVOH層和25微米的離聚物層組成。125微米厚的薄膜由65微米的LLDPE層、5和7微米的結合層、15微米的EVOH層和33微米的離聚物層組成。將兩個薄膜在PE層上進行電暈放電處理，并且層壓到48規(guī)格的取向聚酯(MylarLBT)上。然后在工業(yè)Totani小袋機器上將薄膜制成與圖9中描述的相似的小袋。制造脆弱室的各種條件描述于以下表2中。將包含脆弱密封的一英寸寬帶材垂直于垂直的脆弱密封分室裁切。隨后將從每個實施例的五個小袋取下的十個這樣的試片在Instron上在12英寸/分鐘下測試，平均值報告在標記了熱密封強度的列中。使這些小袋的脆弱室破裂所需要的內部壓力測試如下。將具有1/8英寸壓縮的0.25英寸凸形管螺紋的bulkhead裝置固定到小袋的主室，并且通過1/8英寸管子連接到Sensotech#7/1786-08型壓力傳感器。在試驗期間，將傳感器的輸出輸入到Sensotech#2310型信號放大器，并且使用適當?shù)挠嬎銠C軟件繪圖。將小袋的主室填充水，然后完全密封，以便在閥的附近或者在周邊密封中不發(fā)生任何泄漏。將小袋放在Instron的圓形5又7/8英寸壓板下夾緊裝置上，然后使上面成對的夾緊裝置以2英寸/分鐘的速度在小袋上施加力，直到在兩個室之間的脆弱密封破裂。記錄使脆弱密封破裂所需要的最大內部壓力。以下表中的列反映了對于每個實施例三個這樣的讀數(shù)的平均值。
正如可以從這些實施例18到26看到的，熱密封強度水平可以容易地通過應用適當?shù)臏囟群蜁r間來產(chǎn)生所述密封來控制。使脆弱密封破裂，而不使小袋的最外面的周邊密封破裂的內部壓力在0.6psig到8.3psig之間變化。
表2

本發(fā)明的益處和優(yōu)點是很多的和顯著的。首先本發(fā)明提供了易于填充的、容易破裂的、但是堅固的多個分室小袋，其可以使用通常已知的工業(yè)設備經(jīng)濟地制造。本發(fā)明的小袋和/或個體飲料容器提供了將各種內含物和組分保留在包裝內的方法，這些內含物和組分暫時地相互分離，并且隨后由使用者決定是否混合。進而當使用該包裝系統(tǒng)時，提供了產(chǎn)生各種新穎的和使人愉快的美學效果和益處的可能性。事實上，由本發(fā)明為用戶提供的任意的數(shù)量、尺寸、形狀和順次受控的脆弱密封的破裂，代表了實際上不受限制的新穎包裝可選方案和美學功能效果的范圍。
權利要求
1.一種柔性的多個分室飲料小袋，其包含(a)第一片聚合物薄膜；(b)第二片聚合物薄膜，其被放在所述第一片聚合物薄膜上，其中所述第一片和第二片聚合物薄膜相互直接地或者通過第三片插進的聚合物薄膜間接地密封，由此限定了形成密閉的小袋的密封的周邊；(c)處在所述密閉的小袋的周邊內的至少一個脆弱密封，其中所述脆弱密封將所述密閉的小袋分成分離的分室；(d)被封閉在所述分離的分室之一中的液體飲料；(e)被封閉在第二個分離的分室中的另一種成分；和(f)附件。
2.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中被封閉在所述第二個分離的分室中的所述另一種成分是液體調味濃縮物。
3.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中當持續(xù)的手壓縮在包含所述液體飲料的所述分離的分室內產(chǎn)生最大12磅/平方英寸的壓力增量時，所述脆弱密封脫層。
4.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中當持續(xù)的手壓縮在包含所述液體飲料的所述分離的分室內產(chǎn)生從0.5磅/平方英寸到2.0磅/平方英寸的壓力增量時，所述脆弱密封脫層。
5.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封具有130克/英寸到5,000克/英寸的密封強度。
6.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封具有400克/英寸到2,500克/英寸的密封強度。
7.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封具有1,000克/英寸到2,000克/英寸的密封強度。
8.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中在持續(xù)的手壓縮在包含所述液體飲料的所述分離的分室內產(chǎn)生0.5磅/平方英寸到5.0磅/平方英寸的壓力增量時，所述脆弱密封經(jīng)受400克/英寸到6,000克/英寸的密封破壞力。
9.權利要求1的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封包含至少一個力集中設置，以便在包含所述液體飲料的所述分離的分室中0.5磅/平方英寸到10磅/平方英寸的壓力增量下，通過經(jīng)受1,500克/英寸直至10,000克/英寸的密封破壞力，有選擇地超過所述脆弱密封的密封強度。
10.權利要求1-9任何一項的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面包含以下物質的共混物(a)80到93重量百分數(shù)的乙烯/酸離聚物，其中至少50重量百分數(shù)的所述乙烯/酸離聚物衍生自乙烯共聚單體，和其中酸的中和程度為5到45％，和(b)20到7重量百分數(shù)的丙烯/α-烯烴共聚物，其中α-烯烴共聚單體占所述共聚物的1到12重量百分數(shù)。
11.權利要求1-9任何一項的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面在脆弱熱封處是包含以下物質的共混物(a)作為主要組分的酸改性的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物或者酸改性的乙烯丙烯酸甲酯(EMA)共聚物，和(b)作為少量組分的部分中和的乙烯酸離聚物。
12.權利要求1-9任何一項的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面包含以下物質的共混物(a)作為主要組分的部分中和的乙烯酸離聚物和(b)作為少量組分的聚丁烯-1均聚物或者共聚物。
13.權利要求1-9任何一項的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面包含以下物質的共混物(a)作為主要組分的茂金屬聚乙烯和(b)作為少量組分的聚丙烯或者聚丁烯-1均聚物或者共聚物。
14.權利要求1-9任何一項的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述周邊形成如附圖的圖9所示的密閉的小袋。
15.權利要求1-9任何一項的柔性的多個分室飲料小袋，其中所述周邊形成如附圖的圖10所示的密閉的小袋。
16.一種柔性的多個分室小袋，其包含(a)第一片聚合物薄膜；(b)第二片聚合物薄膜，其被放在所述第一片聚合物薄膜上，其中所述第一片和第二片聚合物薄膜相互直接地或者通過第三片插進的聚合物薄膜間接地密封，由此限定了形成密閉的小袋的密封的周邊；(c)處在所述密閉的小袋的周邊內的至少一個脆弱密封，其中所述脆弱密封將所述密閉的小袋分成分離的分室；和(d)被封閉在至少一個所述分離的分室中的流體，其中所述密閉的小袋的所述密封的周邊的密封強度足以承受手對被封閉在至少一個所述分離的分室中的流體施加的擠壓，并且其中所述脆弱密封的密封強度不足以承受手對被封閉在至少一個所述分離的分室中的流體的擠壓，從而在足夠的持續(xù)的手擠壓之后，所述流體能夠與至少一個其他分離的分室的包含物混合。
17.權利要求16的柔性的多個分室小袋，其中在持續(xù)的手壓縮在包含所述流體的所述分離的分室內產(chǎn)生最大10磅/平方英寸的壓力增量時，所述脆弱密封脫層。
18.權利要求16的柔性的多個分室小袋，其中在持續(xù)的手壓縮在包含所述流體的所述分離的分室內產(chǎn)生從0.5磅/平方英寸到2.0磅/平方英寸的壓力增量時，所述脆弱密封脫層。
19.權利要求16的柔性的多個分室小袋，其中所述脆弱密封具有130克/英寸到5,000克/英寸的密封強度。
20.權利要求16的柔性的多個分室小袋，其中所述脆弱密封具有1,000克/英寸到2,000克/英寸的密封強度。
21.權利要求16的柔性的多個分室小袋，其中在持續(xù)的手壓縮在包含所述液體飲料的所述分離的分室內產(chǎn)生0.5磅/平方英寸到5磅/平方英寸的壓力增量時，所述脆弱密封經(jīng)受400克/英寸到6,000克/英寸的密封破壞力。
22.權利要求16的柔性的多個分室小袋，其中所述脆弱密封包含至少一個力集中設置，以便在包含所述液體飲料的所述分離的分室中0.5磅/平方英寸到10磅/平方英寸的壓力增量下，通過經(jīng)受1,500克/英寸直至10,000克/英寸的密封破壞力，有選擇地超過所述脆弱密封的密封強度。
23.權利要求16-22任何一項的柔性的多個分室小袋，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面包含以下物質的共混物(a)80到93重量百分數(shù)的乙烯/酸離聚物，其中至少50重量百分數(shù)的所述乙烯/酸離聚物衍生自乙烯共聚單體，和其中酸的中和程度為5到45％，和(b)20到7重量百分數(shù)的丙烯/α-烯烴共聚物，其中α-烯烴共聚單體占所述共聚物的1到12重量百分數(shù)。
24.權利要求16-22任何一項的柔性的多個分室小袋，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面在脆弱熱封處是包含以下物質的共混物(a)作為主要組分的酸改性的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物或者酸改性的乙烯丙烯酸甲酯(EMA)共聚物，和(b)作為少量組分的部分中和的乙烯酸離聚物。
25.在柔性的多個分室小袋中，該小袋包含熱封的聚合物薄膜，在所述小袋的周邊內具有至少一個脆弱密封，其中所述脆弱密封將所述小袋分成分離的分室，特定的改進包括在至少一個所述分離的分室中的0.5磅/平方英寸到5磅/平方英寸的壓力增量下，所述脆弱密封經(jīng)受400克/英寸直至6,000克/英寸的密封破壞力。
26.在柔性的多個分室小袋中，該小袋包含熱封的聚合物薄膜，在所述小袋的周邊內具有至少一個脆弱密封，其中所述脆弱密封將所述小袋分成分離的分室，特定的改進包括所述脆弱密封還包含至少一個力集中設置，以便在至少一個所述分離的分室中的0.5磅/平方英寸到10磅/平方英寸的壓力增量下，通過經(jīng)受1,500克/英寸直至10,000克/英寸的密封破壞力，而有選擇地超過所述脆弱密封的密封強度。
27.在權利要求25或者26的柔性的多個分室小袋中，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面包含以下物質的共混物(a)80到93重量百分數(shù)的乙烯/酸離聚物，其中至少50重量百分數(shù)的所述乙烯/酸離聚物衍生自乙烯共聚單體，和其中酸的中和程度為5到45％，和(b)20到7重量百分數(shù)的丙烯/α-烯烴共聚物，其中α-烯烴共聚單體占所述共聚物的1到12重量百分數(shù)。
28.在權利要求25或者26的柔性的多個分室小袋中，其中所述脆弱密封通過將所述第一片聚合物薄膜熱封到所述第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面在脆弱熱封處是包含以下物質的共混物(a)作為主要組分的酸改性的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物或者酸改性的乙烯丙烯酸甲酯(EMA)共聚物，和(b)作為少量組分的部分中和的乙烯酸離聚物。
29.在權利要求25或者26的柔性的多個分室小袋中，其中所述脆弱密封通過將第一片聚合物薄膜熱封到第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面在脆弱熱封處是包含以下物質的共混物(a)作為主要組分的部分中和的乙烯酸離聚物，和(b)作為少量組分的聚丁烯-1均聚物或者共聚物。
30.在權利要求25或者26的柔性的多個分室小袋中，其中所述脆弱密封通過將第一片聚合物薄膜熱封到第二片聚合物薄膜上來產(chǎn)生，并且其中所述聚合物薄膜的至少一個的內表面在脆弱熱封處是包含以下物質的共混物(a)作為主要組分的茂金屬聚乙烯，和(b)作為少量組分的聚丙烯或者聚丁烯-1均聚物或者共聚物。
全文摘要
一種聚合物薄膜、多個分室、小袋，其具有內部脆弱密封，用于包容流體，以及具有可再封閉附件的相關的飲料容器，其用于儲存和供應兩種不同風味的液體等等。當持續(xù)擠壓時，該透明塑料小袋的脆弱密封將破裂，從而允許不同風味的包含物旋流和在小袋內混合。
文檔編號B65D81/32GK1729130SQ200380107091
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權日2002年12月20日
發(fā)明者R·A·布爾克, 鐘丹尼融都, R·M·埃斯塔布魯克, D·M·哈姆, J·L·亨德爾森, J·科尼克, 李愛華, J·T·奧利瓦雷斯-科爾多巴, D·L·維西奧利, J·P·凱恩 申請人:納幕爾杜邦公司, 海洋斯普雷紅莓公司, 科尼克林斯