Клеевая композиция для гибкой упаковки

Клеевая композиция для гибкой упаковки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЪЕМ И ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение, описанное в данном документе, относится к области материалов, конкретнее, к области клейких веществ. В частности, изобретение относится к клейким материалам, пригодным для использования в гибкой упаковке для защиты и сохранения биологического материала, такого как пищевые продукты.

Настоящее изобретение относится к клеевой композиции для многослойной системы, из которой сформирован гибкий контейнер, содержащей наночастицы селена (также называемые SeNP), придающие антиоксидантные свойства гибкому контейнеру, позволяя обеспечить лучшую сохранность биологического материала. Указанная клеевая композиция имеет техническое преимущество, которое заключается в ее высокой эффективности, а именно, обладает двойственной способностью проявлять свойства клейкого вещества и антиоксиданта, что означает возможность отказа от определенных слоев готовой упаковки и, что более важно, отсутствует миграция частиц селена из упаковки в биологический материал, содержащийся в указанной упаковке, поскольку указанная клеевая композиция расположена между слоями и не контактирует непосредственно с биологическим материалом.

Настоящее изобретение также относится к антиоксидантной многослойной системе для производства гибкой упаковки, содержащей клеевую композицию в соответствии с настоящим изобретением, и к готовой упаковке, включающей многослойную систему с обеспечивающими высокую безопасность антиоксидантными свойствами для упакованного материала биологического происхождения вследствие отсутствия миграции наночастиц селена к продукту.

Настоящее изобретение также относится к способу получения клеевой композиции, и использованию клеевой композиции в соответствии с настоящим изобретением для производства антиоксидантной многослойной системы с наночастицами, пригодными для изготовления гибкой упаковки, которая защищает и обеспечивает сохранность биологического материала растительного или животного происхождения, такого как пищевые продукты, клеточные культуры, органы, сперма и т.д.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Явление "адгезии" может быть определено как сила, способная удерживать вместе молекулы материалов разной природы. В отличие от этого, термин когезия используется для описания силы притяжения между молекулами одного материала. Адгезия представляет собой явление, которое может рассматриваться в рамках разных дисциплин, хотя все они относятся к области физической химии.

Для объяснения явления адгезии были предложены многочисленные теории:

- механическая теория предполагает, что адгезия возникает вследствие фиксации клейкого материала в порах и на неровностях;

- диффузионная теория; необходима взаимная диффузия молекул между поверхностями контактирующих материалов;

- теория термодинамической адсорбции или (эффекта) влаги; адгезия является результатом физического взаимодействия поверхностей, контактирующих друг с другом, вследствие эффекта смачивания, зависящего от поверхностного натяжения; и

- теория химической адгезии предполагает образование ковалентных связей между поверхностями, при этом связи являются более прочными и препятствуют разделению субстратов.

Комбинация этих теорий иллюстрирует аспекты адгезии, которые могут быть испытаны экспериментально:

- Близость и эластичность поверхностей являются критически важными, поскольку лучшую связь получают при соединении более гибких материалов,

- Присутствие групп с электростатическим зарядом позволяет получить более прочную связь,

- Сходство параметров растворимости клейкого вещества и субстрата способствует адгезии, и

- Толщина слоя клейкого вещества влияет на его адгезионную способность.

Существуют многочисленные факторы, влияющие на адгезию:

a). -Субстрат: Следует принимать во внимание различные аспекты субстрата:

Степень шероховатости или гладкости субстрата. Влияет на площадь поверхности контакта клейкого вещества. Если субстрат очень шероховатый, то контакт может возникать только на "пиках" или "выступах" поверхности, а "впадины" не будут контактировать с клеем. Фактическая площадь поверхности контакта намного меньше видимой и исходно ожидаемой, что приводит к плохой адгезии. Вследствие этого, клей для использования в таких условиях должен обладать текучестью и соответствующей смачивающей способностью (wettability) для проникновения во все "впадины". Также будет необходимо использовать большее количество клея.

Влага. Влага, присутствующая на склеиваемых (bonding) поверхностях, может препятствовать процессу. Например, определенные клеи требуют влажности окружающей среды и/или субстрата для проявления адгезии. С другой стороны, в пищевой промышленности часто возникают ситуации, когда клей наносят на поверхности, на которых может присутствовать конденсат. Существуют определенные клейкие вещества, такие как клеи на водной основе, которые могут выдерживать присутствие определенного количества влаги, но при ее избытке, клей может не выполнять свою функцию. В таких ситуациях, альтернативой будет использование клеев на основе растворителей или термоплавких клеев (HMA).

Поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение представляет собой силу, с которой поверхностные молекулы жидкости притягиваются к массе указанной жидкости. При контакте жидкости с твердой поверхностью или другой жидкостью, указанные поверхностные молекулы подвергаются воздействию системы сил, создающей равнодействующую силу. В зависимости от указанной равнодействующей силы, жидкость может смачивать или не смачивать поверхность. Для того, чтобы клей смачивал субстрат, поверхностное натяжение клея должно быть меньшим, или самое большее равным, поверхностному натяжению субстрата. Вследствие этого, клей легко растекается по поверхности и его связывание с субстратом улучшается.

Форма. Форма склеиваемых поверхностей может ограничивать выбор клея. Например, это может наблюдаться для выпуклых поверхностей с очень маленьким радиусом или для углов коробок. Для этого, клей должен обладать высокой внутренней когезией и, в случае, когда он нанесен на ленту, материал указанной ленты должен быть достаточно гибким для того, чтобы не оттягивать клейкое вещество.

b). - Температура.

Физико-химические свойства, включая реологические свойства, непосредственно зависят от температуры. При температурах ниже рекомендуемой в технических условиях клеи отвердевают, в результате чего адгезия снижается, в частности, первичная (immediate) адгезия. Они размягчаются при высоких температурах, вследствие снижения внутренней когезии. Увеличение температуры приводит к нарастающему размягчению и увеличению адгезии, поскольку клей становится текучим и площадь поверхности контакта с субстратом увеличивается. Однако, чрезмерный нагрев приводит к потере клейким веществом клеющих свойств и даже к деградации компонентов, ответственных за адгезию, вызывая, таким образом, потерю адгезии.

c). - Сопротивление окислению и УФ-излучению.

Окисление вызывает старение клея. Высокие температуры увеличивают скорость окисления. При приготовлении клея в его состав включают стабилизаторы для снижения скорости окисления и для увеличения его срока годности при хранении. При окислении клей сначала начинает желтеть. Он постепенно теряет свои клеющие свойства и наконец отвердевает, что препятствует вмешательству (to prevent tampering). УФ-излучение важно, когда клейкое вещество используется для склеивания прозрачных субстратов.

В этом отношении, термин "клейкое вещество", в принятом в известном уровне техники значении, определяется как смеси мономеров или полимеров, которые полимеризуются в процессе адгезии. Такие клейкие вещества обычно используются в сочетании с другими добавками, такими как антиоксиданты, стабилизаторы, пластификаторы и замедлители твердения и другие, с растворителями или без них.

Хотя постоянно проводятся исследования по разработке клеев, в общем, можно выделить три основные группы клейких веществ:

Растворимые или диспергируемые в воде клейкие вещества:

Такие клейкие вещества основаны на природных полимерах, таких как крахмалы и декстрины или синтетических материалах, таких как эмульсии поливинилацетата (ПВА). Пленка клейкого вещества образуется в результате испарения воды, используемой в качестве растворителя. Наиболее обычной областью применения такого типа клейкого вещества является производство гофрированного картона и склеивание бумаги и картона для изготовления коробок и пакетов. Основными преимуществами являются простота использования в производстве, простота очистки и умеренная стоимость. Недостатки включают медленное нарастание связующей способности, очень ограниченная адгезия к пластикам и полимерным покрытиям и низкая водостойкость.

ПВА является более широко используемым клейким веществом на водной основе. Его получают путем эмульсионной полимеризации с использованием поливинилового спирта (ПВС) или 2-гидроксиэтилового простого эфира в качестве стабилизаторов. Он может также включать пластификаторы, наполнители, растворители, пеногасители и консерванты. Эмульсии могут иметь широкий спектр консистенций, от похожих на молоко жидкостей до вязких паст. Имеет многочисленные области применения: клей для изготовления картонных коробок и для изготовления трубчатых изделий (tubes) или картонных спиральных осей и для изготовления бумажных пакетов. Он является клейким веществом с быстрым нарастанием адгезионной способности, вследствие чего можно достигать высокой производительности. Он обеспечивает хорошую прочность, устойчив к холоду и теплу. ПВА может быть сополимеризован со сложными этиленовыми или акриловыми эфирами для улучшения адгезии, особенно если он предназначен для нанесения на пластиковые субстраты.

Клейкие вещества на основе акриловых дисперсий также являются очень важной группой продуктов, используемых преимущественно в промышленности самоприклеивающихся лент и этикеток. Они также используются в областях применения, в которых клейкие вещества на основе ПВА демонстрируют определенные недостатки в отношении их адгезионной способности (level of adherence), например, при связывании с непористыми материалами, такими как пластик или металлические листы.

Клейкие вещества в органических растворителях:

Растворитель способствует равномерному распределению клейкого вещества по склеиваемым поверхностям, и при его испарении может быть получена нанесенная на них пленка. Полимеры, преимущественно используемые в таких типах клейких веществ, представляют собой эластомеры, которые могут быть получены из природного или синтетического каучука, сополимеры на основе стирола-бутадиена (БСК). Такие клейкие вещества типично являются чувствительными к давлению; поэтому они используются для клейких лент и этикеток. Клейкие вещества этой группы, получаемые из полиуретана, используют для получения ламинированных пластиковых пленок различного назначения: пакетов и крышек термоформованных контейнеров. Они обеспечивают прекрасные свойства, такие как прочность и жесткость, эластичность, прозрачность и теплостойкость. Наконец, сополимеры этилена и винилацетата используют по технологии сварного шва путем применения для запечатывания боковых полос (lateral bands), обеспечивающих возможность образования вертикальных швов в пакетах, изготавливаемых автоматами для изготовления, наполнения и запечатывания пакетов. Они могут также использоваться в крышках для молочных продуктов и в индивидуальных порциях джема.

Использование этой группы клейких веществ снижается из-за риска, связанного с использованием растворителей, и создаваемых ими экологических проблем.

Клейкие вещества, не содержащие растворителей:

Этот тип клейких веществ решает проблемы, связанные с расходом энергии, необходимой для испарения растворителя (органического или водного) в использующих его клеях, и создаваемыми при этом экологическими проблемами. Такие клейкие вещества также могут быть отнесены к группе реакционноспособных клейких веществ. Более подробное описание приведено в техническом разделе, касающемся комплексов. В дополнение к клейким веществам, описанным в вышеупомянутом техническом разделе, существует другой тип материалов, представляющий собой двухкомпонентные эпоксидные смолы, состоящие из жидкой эпоксидной смолы и реагента, такого как полиамин, содержащий свободные аминогруппы. Оба компонента предварительно смешивают при температуре окружающей среды и проводят реакцию для создания эффекта адгезии. Наконец, (эта группа) также включает клейкие вещества, полимеризация которых индуцируется УФ-излучением. С химической точки зрения, они основаны на использовании акрилатов или эпоксидных материалов. Оба эти вида требуют включения в их состав фотоинициаторов или активных веществ, чувствительных к указанному излучению, для инициирования процесса полимеризации. Их преимущество заключается в том, что воздействие излучения заменяет необходимость использования двухкомпонентных клейких веществ. Свойства получаемого продукта сопоставимы с материалами, получаемыми при использовании двух компонентов.

Однако, процедуры склеивания редко фокусировались на добавлении активных антиоксидантных веществ, проявляющих свою функциональность по отношению к субстрату, а не самому клейкому веществу, таких как являющиеся объектом настоящего изобретения.

Кроме того, за последние десятилетия, исследования в области науки и технологии сосредоточились на производстве атомных структур и материалов в наномасштабах (1 нм = 10^-9 м), общеизвестных как наноматериалы, придающие продуктам новые физико-химические свойства, отличные от свойств индивидуальных молекул или молекул твердого вещества, имеющих такой же состав. Это связано с тем, что свойства, проявляемые наноматериалами, весьма отличаются от свойств, проявляемых этими же самыми материалами в большем масштабе. Наночастицы имеют более высое соотношение поверхность-объем и потому большую площадь поверхности контакта с окружающей средой. Это делает наноматериалы в высшей степени желательными для использования в многочисленных областях (Johnston et al., 2010. A review of the in vivo and in vitro toxicity of silver and gold particulates: Particle attributes and biological mechanisms responsible for the observed toxicity. Crit Rev Toxicol. 40: 328-346) и является причиной быстрого развития нанотехнологии. Таким образом, мы очень быстро перешли от положения, когда в нашем окружении практически не было наноматериалов, к положению, когда мы окружены широким спектром продуктов, содержащих их в своем составе.

Конкретнее, пищевая промышленность применяет нанотехнологии в таких областях, как качество и безопасность пищевых продуктов, разработка новых пищевых продуктов и упаковка (Almengor, 2009. Nanotechnology in the food industry. Electronic Journal, Faculty of Engineering, Rafael Lendívar University. 13: 35-52). Ожидается, что применение нанотехнологий будет создавать полезные эффекты для сектора пищевых продуктов, включая использование меньших количеств жиров, новые вкусовые ощущения и консистенции, а также улучшенное поглощение питательных веществ и упаковка (ObservatoryNANO, 2009. Nanotechnology in Agrifood sector. Market Report. Prepared by the technology centre ASCR).

Таким образом, авторы настоящего изобретения сфокусировали свои усилия на поиске документов известного уровня техники, касающихся клеевых композиций, содержащих наноматериалы, в частности, нанодисперсные структуры, которые обеспечивают защиту против окисления упакованного продукта, а не клейкого вещества.

К настоящему времени, исследователи создали настоящее изобретение. Они определили научные документы, касающиеся использования наночастиц в промышленности упаковки пищевых продуктов, но точнее их научное значение заключается в определении создаваемого ими отрицательного эффекта, которого необходимо избегать, поскольку указанные активные агенты мигрируют к субстрату или в содержимое упаковки.

Так, мы нашли научные работы, опубликованные Almengor L. в 2009 г. (Nanotechnology in the food industry. Electronic Journal, Faculty of Engineering, Rafael Lendívar University. 13: 35-52) или FOLADORI G. 2008 (Nanotechnology in food and agriculture. University of the Republic, Montevideo, 2008. Page 48), которые относятся к разным типам наноматериалов, совместимых с упакованными пищевыми продуктами, и функциональностям, которыми обладают указанные наноматериалы. В подтверждение этих публикаций, существует упаковка, выделяющая химические вещества, что позволяет упаковке пищевых продуктов взаимодействовать с ее содержимым. Упаковка может высвобождать антибактериальные агенты, антиоксиданты, вкусовые вещества, наноскопические нутрицевтики или ароматизаторы в содержащиеся в ней пищевые продукты и напитки, для продления их срока годности при хранении или улучшения их органолептических свойств, таких как вкус или аромат. В то же время, отсутствуют упоминания наночастиц селена (SeNPs), не говоря уже о добавлении или использовании систем наночастиц в клеях, входящих в состав указанной упаковки.

Кроме того, имеются недавние публикации, такие как Ávalos A. et al., вышедшая в 2013 г., в которых упоминается риск токсичности, создаваемый использованием наночастиц серебра, которые очень широко используются в промышленности упаковки пищевых продуктов (Silver nanoparticles: applications and toxic hazards to human health and the environment, Complutense Veterinary Science Journal 2013 7(2):1-23).

В этой публикации утверждается, что разработка нанотехнологии должна сопровождаться исследованиями токсичности, показывающими влияние наночастиц на здоровье людей и на окружающую среду, поскольку были проведены многочисленные исследования миграции, продемонстрировавшие присутствие или перемещение указанных наночастиц в пищевые продукты после упаковки.

Таким образом, несмотря на то, что в настоящее время отсутствует конкретное законодательство по наноматериалам, хотя они попадают под определение "вещества", включенное в регламент ЕС о регистрации, оценке и авторизации химических веществ (REACH), Европейское агентство по безопасности продуктов питания (European Food Safety Authority) опубликовало руководство, озаглавленное "Руководство по оценке риска применения нанонауки и нанотехнологий в пищевых продуктах и пищевой цепи" ("Guidance on the risk assessment of the application of nanoscience and nanotechnologies in the food and feed chain", EFSA Journal, 2011). Одной из его рекомендаций является необходимость разработки, усовершенствования и валидации общепринятых методик дополнительного исследования токсичности наночастиц с учетом их возможного переноса в пищевые продукты.

Поэтому обсолютно необходимо найти решение данной проблемы переноса, а также предотвратить возникновение потенциальных опасностей для здоровья людей. Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка решения этой технической проблемы известного уровня техники.

Вышеупомянутые документы известного уровня техники (premises) включают несколько патентов, которые раскрывают и защищают различные способы производства клеевых композиций и многослойные материалы, содержащие клейкие вещества, но они очень отличаются от объекта, разработанного авторами настоящего изобретения.

Так, мы можем сослаться на документ, опубликованный как ES2380335. Этот патент раскрывает клеевую композицию, обладающую барьерными свойствами. Изобретение относится к клеевой композиции с барьерными свойствами, способу производства смешанных слоев (композитов) с использованием клеевой композиции с барьерными свойствами по изобретению, и использованию таких смешанных листов для упаковки и заворачивания продуктов. Данное изобретение направлено на улучшение технологических свойств и использование клеевых композиций с барьерными свойствами. Другой целью изобретения является разработка клеевых композиций с барьерными свойствами, в частности, по отношению к CO₂, O₂, N₂, водяному пару и запахам, которые могут быть нанесены при низких температурах, т.е. между примерно 30 °C и 160 °C, предпочтительно, между примерно 40 °C и 120 °C, и которые имеют хорошую начальную адгезию. Клеевые композиции должны быть особенно пригодными для использования в качестве ламинирующих клейких веществ для упаковки пищевых продуктов.

Мы также проанализировали заявку US2005228096. Эта патентная заявка заключается по существу в размещении листов клеевых композиций на основе полимерных связующих, содержащих материалы наполнителей с кристаллической структурой. Настоящее изобретение также относится к использованию пленок из композитного материала, полученного этим способом, для упаковки пищевых продуктов или лекарственных средств. Прямое использование клейкого вещества в производстве композитных материалов, которые, помимо связывания пленки, также приводят к созданию активного барьера против низкомолекулярных соединений, таких как газы, водяной пар или вкусовые вещества, имеет много преимуществ: Ламинаты упаковки из композитного материала (многослойные) для обеспечения нейтрального вкуса и пригодности для печатания и создания барьерных свойств могут быть получены в одну стадию. отсутствует необходимость в дополнительных покрытиях из слоев поливинилиденхлорида и/или этилена/винилового спирта или алюминия. Это уменьшает число технологических операций и повышает рентабельность упаковочного материала.

Также был проанализирован документ US2010189634. Эта патентная заявка относится к микробиологическим процессам, использующим бактерии для продуцирования наносфер элементарного селена, имеющих размеры (и составы) в диапазоне 50-500 нм. Изобретение дополнительно относится к элементарному селену в наносферах, получаемых напрямую способами по изобретению. Композиции по изобретению являются пригодными для использования, в частности, в качестве добавок для пищевых продуктов и для использования как сырьевого материала в микроэлектронике и оптической промышленности. Однако, это изобретение не описывает стабилизацию полученных наночастиц.

Также был проанализирован патент US20120202062. Эта патентная заявка раскрывает новые способы получения наночастиц селена, эффективных для биологического применения, стабильных и моноклинных. Указанные наночастицы получают путем проведения реакции источника селена с окислительно-восстановительным агентом в водной среде при температуре в диапазоне 0-100 °C, в присутствии смесей нуклеиновых кислот или поли-олигосахаридов или их производных.

Другим родственным документом является заявка US20120207846. Эта патентная заявка раскрывает новые способы получения эффективных наночастиц селена. Их получают путем проведения реакции источника селена с восстановителем или окислителем в водной среде при температуре в диапазоне 0-100°C в присутствии связывающих селен полимерных молекул, таких как поли/олигопептидные кислоты или пептоновые или нуклеиновые кислоты или поли/олигосахарид или их смеси. Это изобретение обеспечивает следующие преимущества: лучшая биодоступность и меньшая токсичность; большая биологическая эффективность; они могут быть использованы в качестве более эффективных питательных добавок; более рентабельны в производстве.

Последним проанализированным документом является международная заявка WO2012009433. Эта патентная заявка раскрывает изобретение в области нанотехнологий и, в частности, касается поверхности материалов, содержащих наночастицы селена или нанокластеры наночастиц селена. Поверхность материалов проявляет антипатогенные свойства. Настоящее изобретение относится к немедицинскому применению, такому как в области текстиля, тканей, тканых материалов, нетканых материалов, для которых желательны антибактериальные свойства. Настоящее изобретение также относится к области имплантатов и/или медицинских присполсоблений и, более конкретно, к модификации поверхности имплантатов и/или медицинских приспособлений с использованием селеновых нанокластеров для обеспечения антипатогенной функциональности, тем самым снижая риск инфекции для пациентов, которым устанавливают или имплантируют имплантаты или медицинские приспособления.

Было обнаружено, что добавление биологически активных соединений, таких как объект настоящего изобретения, не описано в известном уровне техники, хотя возможность включения биологически активных молекул в упаковку описана, но приводит к переносу в биологический материал, содержащийся в упаковке.

Кроме того, современные публикации по этой теме не упоминают адгезию с антиоксидантными активными веществами, представляющими функциональность самого клейкого вещества, ни для субстрата или упакованного продукта, ни для объекта настоящего изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение существенно отличается от известного уровня техники, поскольку оно относится к клеевой композиции, содержащей активный антиоксидантный агент (наночастицы селена), проявляющий функциональность по отношению к упаковке, для которой он используется, и к содержимому указанной упаковки, а именно, к упакованному (packaging) материалу биологического происхождения, без возникновения миграции или переноса из клея в упакованный продукт биологического происхождения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

В дополнение к приведенному описанию и для лучшего понимания характеристик изобретения, в соответствии с примером его практического предпочтительного варианта реализации, прилагаются в качестве неотъемлемой части вышеупомянутого описания следующие фигуры, на которых, для иллюстрации и без ограничений, изображено такое:

Фигура 1. - Фигура 1 изображает пример результатов, полученных для антиоксидантного акрилового клея. Как можно увидеть, измеряемым параметром является процент ингибирования свободных радикалов, т.е. способность исследуемого образца к связыванию радикалов. Эта способность связывать свободные радикалы увеличивается с концентрацией наночастиц, как при добавлении суспензии наночастиц селена, так и при добавлении клея, содержащего указанные наночастицы Se. Результаты показывают высокую эффективность связывания свободных радикалов.

Фигура 2. - Фигура 2 сравнивает (measures) показатели для полиуретановых и акриловых клеев с разными количествами наночастиц Se в зависимости от времени (мин), измеренные с помощью теста с DPPH (1,1-дифенил-2-пикрилгидразилом). Эта Фигура демонстрирует другой пример связывающей способности (sequestering capacity) с использованием разных концентраций наночастиц селена в полиуретановом клее. Как было обнаружено, способность к связыванию свободных радикалов и, таким образом, противоокислительная способность, увеличивается с концентрацией наночастиц.

Фигура 3. - Фигура 3 показывает результаты, полученные при использовании различных стабилизаторов. Видно, что клей демонстрирует повышенную способность к связыванию свободных радикалов с увеличением концентрации клея, и наблюдается четкая корреляция между концентрацией и противоокислительной способностью (CAOX). Этот тест демонстрирует, что клей, содержащий наночастицы Se, имеет значительно повышенную противоокислительную способность.

Фигура 4. - Фигура 4 показывает способность к связыванию свободных радикалов многослойной системы, полученной из антиоксидантного клейкого вещества, содержащего наночастицы селена (Se), являющегося объектом настоящего изобретения. Фигура 4 показывает противоокислительную способность к связыванию нескольких свободных радикалов для многослойных систем, содержащих разные концентрации SENP, используемых в пластиковых пакетах, по сравнению с контролем (многослойной системой, не содержащей SENP). Как видно на Фигуре 4, имеются неопровержимые доказательства того, что многослойная система, содержащая SeNP, является более эффективной в качестве поглотителя свободных радикалов по сравнению с многослойной системой без клея или по сравнению с многослойной системой с клеем, но без SeNP.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Можно указать, что традиционная функция упаковки меняется от просто материала, в котором размещены пищевые продукты, и который защищает их от воздействия внешней среды, к функциональному материалу, позволяющему как производителю, так и потребителю убедиться в том, какой продукт они продают/покупают, и что он обладает надлежащими питательными свойствами и показателями бактериологического качества.

Существует тенденция к подражанию природе при защите пищевых продуктов с помощью функциональной упаковки, такой как, например, упаковка для фруктов, таких как бананы или апельсины, включая другие, которая кроме защиты содержимого от окружающей среды показывала бы степень их спелости.

Одной из основных целей упаковки, содержащей наноматериалы, является обеспечение более продолжительного времени хранения путем улучшения барьерных функций материала, используемого для упаковки пищевых продуктов, с целью уменьшения газо- и водообмена и воздействия ультрафиолетовых лучей.

Упаковочные материалы, которые выделяют химические вещества, позволяют упаковке пищевых продуктов взаимодействовать с ее содержимым. Обмен может происходить в обоих направлениях. Упаковка может выделять антибактериальные агенты, антиоксиданты, вкусовые вещества, ароматизаторы или наноскопические нутрицевтики в пищевые продукты и напитки, которые в них содержатся, для увеличения их срока годности при хранении или улучшения их органолептических свойств. Также разрабатываются наноматериалы для упаковки, которые могут поглощать нежелательные привкусы.

Во многих случаях, упаковочные материалы, (которые) выделяют химические вещества, также включают элементы управления, а именно, элементы, определяющие, что выделение нанодисперсных химикатов должно инициироваться только в ответ на конкретные условия.

Существуют другие упаковочные материалы и материалы, находящиеся в контакте с пищевыми продуктами, которые, в отличие от упаковочных материалов, высвобождающих химикаты при определенных инициирующих условиях (например, биоциды, которые выделяются в ответ на рост количества микроорганизмов, влагу или другие изменяющиеся условия), содержат антибактериальные наноматериалы, включенные таким образом, что упаковка сама по себе действует как антибактериальный агент в результате вхождения в прямой контакт с упакованным продуктом. Такие продукты обычно используют наночастицы серебра, хотя некоторые используют наночастицы оксида цинка или двуокись хлора.

Однако, как было показано в разделе известного уровня техники, отсутствуют публикации, которые раскрывали бы предмет настоящего изобретения, относящийся преимущественно к клеевой композиции для многослойной системы, включающей гибкую упаковку, которая содержит наночастицы селена, придающие антиоксидантные свойства гибкой упаковке, обеспечивая лучшую сохранность биологического материала.

Указанная клеевая композиция, являющаяся объектом изобретения, описанного в данном документе, обладает техническим преимуществом, заключающимся в том, что она является высокоэффективной, а именно, обладает двойной способностью выступать в роли клейкого вещества и антиоксиданта, что позволяет отказаться от использования определенных слоев в готовой упаковке (поскольку отсутствует необходимость в дополнительных слоях клея и/или антиоксидантного материала) и, более важно, в том, что в указанной композиции отсутствует миграция частиц селена из упаковки в биологический материал, содержащийся в указанной упаковке, поскольку указанная клеевая композиция размещена между слоями полимера, из которого состоит упаковка.

Необходимость предотвращения или устранения миграции материалов, используемых в клеях, в упакованные пищевые продукты, была недавно раскрыта в ходе Первого собрания промышленных специалистов Испанского института упаковки (The First Industry Meeting of the Spanish Institute of Packaging), состоявшегося 29 мая 2014 г., указавшего на важность миграции клейких веществ для упаковочных материалов, предназначенных для пищевых продуктов. Важность исследований миграции была разъяснена в отношении возможных компонентов клеев, переходящих в пищевые продукты, включая их возможности и ограничения. После рассмотрения действующих в настоящее время правовых норм, постановление ЕС (EU Regulation) 1934/2004 о материалах и объектах, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами, и RD 847/2011, которое устанавливает список веществ, разрешенных к применению в производстве полимерных материалов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами.

Соответственно, авторы настоящего изобретения, усердно проводили исследования по разработке клейких веществ для производителей клеев способами, обеспечивающими их безопасность при контакте с пищевыми продуктами, с учетом того, что: существует множество токсичных соединений; отсутствуют аналогичные клейкие вещества, и что миграция в значительной степени заисит от веществ и функциональных барьеров (например, большое количество веществ могут проходить через полиэтилен).

Кроме того, это в большей степени касается клеев на водной основе, поскольку они наиболее широко используются в промышленности гибких упаковок, где необходимо получать клейкие вещества на водной основе, которые обладают преимуществами полной пригодности для контактов с пищевыми продуктами, могут быть немедленно разрезаны (cut immediately), не нуждаются в выдерживании или времени на отверждение, и связаны с уменьшенными затратами.

Таким образом, авторы настоящего изобретения разработали клеевую композицию, обладающую всеми вышеупомянутыми преимуществами, благодаря чему она является универсально пригодной для использования в многослойных системах, используемых для производства гибкой упаковки для хранения биологического материала, в частности, для пищевых продуктов.

С другой стороны, авторы настоящего изобретения были главным образом сфокусированы на включении наночастиц селена (SeNP) в качестве функционального антиоксидантного компонента клеевой композиции. Причиной этого является то, что SeNP обладают высокой противоокислительной способностью вследствие связывания свободных радикалов, которые указанные наночастицы захватывают из окружающей среды.

Свободные радикалы представляют собой атомы или группы атомов, имеющие один неспаренный или свободный электрон, вследствие чего они являются очень реакционноспособными, поскольку стремятся отобрать электрон от стабильной молекулы для достижения электрохимической стабильности. После того, как свободный радикал захватит необходимый ему электрон, отдавшая его стабильная молекула, в свою очередь, становится свободным радикалом, так как она остается с неспаренным электроном, запуская настоящую цепную реакцию, разрушающую наши клетки. Средняя продолжительность биологической жизни свободного радикала составляет микросекунды, но он обладает способностью реагировать со всем, что его окружает, вызывая значительные повреждения молекул, клеточных мембран и тканей в результате реакций окисления.

Процессы окисления являются свободно-радикальными химическими реакциями, а именно, они инициируются свободными радикалами и проходят стадию переноса радикала. Они представляют собой цепные реакции, поскольку после запуска они спонтанно распространяются и заканчиваются только после исчезновения радикалов. Антиоксидантные характеристики нового разработанного клея и объекта настоящего изобретения основаны на способности связывать свободные радикалы. Эта концепция антиоксиданта основана на принципе окислительных процессов, в которых органический субстрат, кислород и свободные радикалы являются тремя основными участниками реакции и поэтому играют очень важную роль. Устранение одного из этих агентов предотвращает процесс окисления. Обычно удаляют кислород, но более привлекательным вариантом является удаление свободных радикалов. Поскольку процесс окисления представляет собой реакцию с участием радикалов, то в присутствии свободных радикалов в среде окислительной реакции процесс не протекает (if free radicals are present in the oxidation reaction environment, the process is not carried out).

Соответственно, новый подход настоящего изобретения заключается в использовании агента, св