水溶性膜密封溶液、相關方法和相關物品的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 要求美國臨時申請案第61/830, 969號（2013年6月4日申請）的優先權，所述申 請案以全文引用的方式并入本文中。。
技術領域
[0003] 本發明大體上涉及水溶性膜。更具體來說，本發明涉及用于密封水溶性膜的密封 溶液，具體來說包括一種或多種聚合溶劑（例如多元醇）的低粘度水性混合物，所述溶液可 用于形式含有多種組合物的密封水溶性物品。
【背景技術】
[0004] 水溶性膜在所屬領域中是眾所周知的。水溶性膜具有許多應用，包括不可食性形 式，例如包裝，以及可食性形式，其中所述膜本身為可食性物品或含有可食性物品。可食性 膜已知用于例如傳遞治療劑、呼吸清新劑、包括（但不限于）烘培成分（例如面團改性劑和 調味劑）的食物成分。所述膜可形成用于儲存或傳遞多種可食性或不可食性組合物的水溶 性小包。
[0005] 密封水溶性膜形成小包或袋的常見方法包括熱密封和溶液密封。使用熱密封，可 以通過將兩個水溶性膜薄片放在一起，熱密封三個邊緣，用適合組合物填充并且接著熱密 封第四邊緣形成密封袋，來形成袋。在溶液密封方法中，向膜材料施加溶劑在溶劑化膜和另 一膜之間形成密封。水為用于溶液密封水溶性袋的常見溶劑，因為其成本低，無毒并且容易 獲得，使得當以適當含量施加時，其可產生強效密封，防止固體/液體從所得袋泄漏。
[0006] 盡管溶液密封可具有優于熱密封的優勢，但已發現溶液密封不適于許多水溶性 膜。一些水溶性膜形成的溶液密封的強度可能不足以在其使用壽命期間維持結構完整性。 在其它情況下，水溶性膜可能相對容易被密封溶液快速溶解，因此破壞膜和/或阻礙形成 足夠強度的密封。舉例來說，在快速溶解水溶性膜（例如聚乙烯醇）時，水在溶解膜時可能 太激進，導致膜燒穿并且阻礙形成高質量的密封。對于一些水溶性膜，尤其對于例如I. 5mil 膜厚度的薄膜，不存在有效密封所述膜的已知方法或相應密封溶液。
【發明內容】
[0007] 本發明大體上涉及用于密封水溶性膜的密封溶液，具體來說包括一種或多種聚合 溶劑（例如多元醇）的水性混合物。已發現水性密封溶液包括用于水溶性膜的一種或多種 聚合組分（例如其水溶性聚合組分，例如聚乙烯醇（PVOH))的相對稀溶劑，所述溶液可展現 一種或多種益處，包括降低所述密封溶液對所述膜的溶解（例如相對于單獨的水，例如由 增加的特征燒穿時間表示），提高密封強度（例如相對于單獨的水形成的密封，例如由特征 剝離強度表示），以及包括此類益處的組合的實施例。
[0008] 本發明的一個方面涉及一種用于密封水溶性膜的方法，所述方法包括：(a)向水 溶性膜的第一表面施加密封溶液，所述密封溶液包括（i)水，和（ii)具有3個或更多個羥 基的多元醇，其中所述密封溶液在20°C下測量的動態粘度（μ s)小于I. 5cP;以及（b)使水 溶性膜的第二表面與第一表面上的密封溶液接觸足以在第一表面和第二表面之間形成密 封的時間。
[0009] 本發明的另一方面涉及一種用于密封水溶性膜的方法，所述方法包括：(a)向水 溶性膜的第一表面施加密封溶液，所述水溶性膜的初始厚度小于約50 μ m并且包括基本上 由乙烯醇單體重復單元和乙酸乙烯酯單體重復單元組成的聚乙烯醇共聚物，所述密封溶液 包括⑴水，和（ii)以約2重量％到約15重量％范圍內的量存在于密封溶液中的多元醇， 所述多元醇選自由以下組成的群組：丙三醇、赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿糖醇、木糖醇、核糖醇、甘 露糖醇、山梨糖醇、半乳糖醇、巖藻糖醇、艾杜糖醇、肌醇、庚七醇、異麥芽酮糖醇、麥芽糖醇、 乳糖醇以及其組合，其中密封溶液在20°C測量的動態粘度（y s)小于I. 5cP ;以及（b)使水 溶性膜的第二表面與第一表面上的密封溶液接觸足以在第一表面和第二表面之間形成密 封的時間，所述水溶性膜的初始厚度小于約50 μπι并且包括基本上由乙烯醇單體重復單元 和乙酸乙烯酯單體重復單元組成的聚乙烯醇共聚物。
[0010] 本發明的另一方面涉及一種用于密封水溶性膜的方法，所述方法包括：(a)向水 溶性膜的第一表面施加密封溶液，所述密封溶液包括（i)水，和（ii)用于水溶性膜的至少 一種聚合組分的溶劑，其中（a)如等式（I)所定義，溶劑和聚合組分具有約5或更低的溶解 度半徑（Ra):
[0012] 其中Sds為溶劑色散力，δ D，p為聚合組分色散力，δ 溶劑極性力，δ p，p為聚 合組分極性力，s為溶劑氫鍵力，并且δ H,p為聚合組分氫鍵力，其各自通過漢森溶解度參 數評估的自洽法（consistent method of Hansen solubility parameter evaluation)測 定，以及⑶如在20°C下所測量，密封溶液的動態粘度Us)小于I. 5cP ;以及（b)使水溶 性膜的第二表面與第一表面上的密封溶液接觸足以在第一表面和第二表面之間形成密封 的時間。
[0013] 在另一方面，本發明涉及一種用于形成含有組合物的密封水溶性小包的方法，所 述方法包括：根據任何披露的實施例進行密封水溶性膜的方法，其中（i)第一表面和第二 表面中的至少一個的水溶性膜界定至少部分包圍組合物的體積，以及（ii)形成密封產生 含有組合物的密封水溶性小包。
[0014] 在另一方面，本發明涉及一種物品，例如密封水溶性小包，所述物品包括：(a)水 溶性膜的第一表面和水溶性膜的第二表面，其在所述第一表面與所述第二表面之間的界面 區處密封；以及（b)具有3個或更多個羥基的多元醇，其在所述界面區中的局部濃度實質上 高于所述多元醇在所述水溶性膜中以及所述界面區之外的整體濃度。
[0015] 在另一方面，本發明涉及一種物品，例如密封水溶性小包，所述物品包括：(a)水 溶性膜的第一表面和水溶性膜的第二表面，其在所述第一表面與所述第二表面之間的界面 區處密封，其中第一表面和第二表面中的每一個的水溶性膜具有小于約50 μ m的初始厚度 并且包含基本上由乙烯醇單體重復單元和乙酸乙烯酯單體重復單元組成的聚乙烯醇共聚 物；以及（b)多元醇，其在所述界面區中的局部濃度實質上高于所述多元醇在所述水溶性 膜中以及所述界面區之外的整體濃度，所述多元醇選自由以下組成的群組：丙三醇、赤蘚糖 醇、蘇糖醇、阿糖醇、木糖醇、核糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、半乳糖醇、巖藻糖醇、艾杜糖醇、 肌醇、庚七醇、異麥芽酮糖醇、麥芽糖醇、乳糖醇以及其組合。
[0016] 在另一方面，本發明涉及一種物品，例如密封水溶性小包，所述物品包括：(a)水 溶性膜的第一表面和水溶性膜的第二表面，其在所述第一表面與所述第二表面之間的界面 區處密封；以及（b)用于水溶性膜的至少一種聚合組分的溶劑，所述溶劑在所述界面區中 的局部濃度實質上高于所述溶劑在所述水溶性膜中以及所述界面區之外的整體濃度，其中 如等式（I)所定義，所述溶劑和所述聚合組分具有約5或更低的溶解度半徑（Ra):
[0018] 其中Sds為溶劑色散力，δ D，p為聚合組分色散力，δ 溶劑極性力，δ p，p為聚 合組分極性力，s為溶劑氫鍵力，并且δ H,p為聚合組分氫鍵力，其各自通過漢森溶解度參 數評估的自洽法測定。
[0019] 任選地，各方面的水溶性膜可形成（例如熱成型）袋，例如使得所述袋可用適合組 合物填充并且隨后使用所披露的溶劑密封溶液和相關方法密封成含有組合物的水溶性小 包。
[0020] 所屬領域普通技術人員從以下詳細描述和附圖的評述顯而易知其它方面和優點。 雖然組合物和方法容許有多種形式的實施例，但下文的描述包括具體實施例，其中應理解 本發明是說明性的并且并不打算將本發明限制于本文所描述的具體實施例。
【附圖說明】
[0021] 各種所披露方法、工藝、組合物以及物品的以下詳細描述涉及隨附圖式，其中：
[0022] 圖1為密封水溶性小包的側視橫截面圖，其示出了根據本發明密封水溶性膜的相 應方法。
[0023] 圖2為沿圖1的線P的定性濃度分布，其示出了密封水溶性膜的整體和密封界面 區中的密封溶液組分和水溶性膜組分的局部濃度。
[0024] 圖3包括曲線和表，其示出了根據本發明的水包丙三醇密封溶液的PVOH共聚物膜 A隨丙三醇濃度而變化的（a)燒穿時間和（b)密封剝離強度。
[0025] 圖4包括曲線和表，其示出了根據本發明的水包丙三醇密封溶液的PVOH共聚物膜 B隨丙三醇濃度而變化的（a)燒穿時間和（b)密封剝離強度。
[0026] 圖5包括曲線和表，其示出了根據本發明的水包丙三醇密封溶液的PVOH共聚物膜 C隨丙三醇濃度而變化的（a)燒穿時間和（b)密封剝離強度。
[0027] 圖6包括曲線和表，其示出了根據本發明的水包丙三醇密封溶液的PVOH均聚物膜 D隨丙三醇濃度而變化的（a)燒穿時間和（b)密封剝離強度。
[0028] 圖7包括曲線和表，其示出了根據本發明的水包丙三醇密封溶液的PVOH均聚物膜 E隨丙三醇濃度而變化的（a)燒穿時間和（b)密封剝離強度。
[0029] 圖8包括曲線，其示出了根據本發明的水包丙三醇密封溶液的PVOH均聚物膜F在 (a)低濃度和（b)高濃度下的燒穿時間和密封剝離強度。
[0030] 圖9包括曲線，其示出了根據本發明的水包2-甲基-1，3-丙二醇（MP二醇）密封 溶液的PVOH均聚物膜F在（a)低濃度和（b)高濃度下的燒穿時間和密封剝離強度。
[0031] 圖10包括曲線，其示出了根據本發明的水包丙二醇密封溶液的PVOH均聚物膜F 在（a)低濃度和（b)高濃度下的燒穿時間和密封剝離強度。
[0032] 圖11包括曲線，其示出了根據本發明的水包甘露糖醇密封溶液的PVOH均聚物膜 F在（a)低濃度下的燒穿時間和密封剝離強度。
[0033] 圖12包括曲線，其示出了根據本發明的水包山梨糖醇密封溶液的PVOH均聚物膜 F在（a)低濃度和（b)高濃度下的燒穿時間和密封剝離強度。
[0034] 圖13包括曲線，其示出了根據本發明的水包木糖醇密封溶液的PVOH均聚物膜F 在（a)低濃度和（b)高濃度下的燒穿時間和密封剝離強度。
【具體實施方式】
[0035] 本文披露用于密封水溶性膜的密封溶液。密封溶液包括水和用于打算密封的水溶 性膜的一種或多種聚合組分的溶劑。如密封溶液的情況中所用，"溶劑"指的是一般能夠與 膜的聚合組分形成液體或固體溶液的化合物。如下文所述，溶劑和聚合組分之間的溶解度 程度可以通過溶解度半徑參數來表征。溶劑在室溫下或密封形成溫度下并非必需為液體 (例如其在此類溫度下可為液體或固體）。溶劑適合地在密封溶液所用的濃度下在水中可 溶。適合溶劑的實例包括具有3個或更多個羥基（-OH)的多元醇，例如用于包括聚乙烯醇 或其它水溶性聚合物組分的可溶性膜。
[0036] 水性密封溶液適合地包括一種或多種相對稀濃度的此類溶劑，一般導致密封溶液 粘度為水粘度或幾乎為水粘度（例如略高）。甚至在相對稀溶劑濃度下，水性密封溶液相對 于單獨水作為密封劑可呈現一種或多種益處，包括降低密封溶液對膜的溶解以及提高密封 強度。在一些情況下，密封溶液可允許形成用于使用單獨水不能形成溶液密封的具體膜的 密封（例如使燒穿時間充分提高以形成完整密封，盡管此類密封可具有相對低絕對密封強 度而限制其在某些應用中的使用）。所披露的密封溶液和相應方法可用于形式多種密封物 品，例如含有多種組合物（例如人類和動物可攝取的物品、個人護理組合物和清潔組合物） 的密封水溶性小包。
[0037] 除非另外說明，否則密封溶液、密封膜和相關方法預期包括如下實施例，其包括下 文進一步描述的其它任選元件、特征和步驟中的一個或多個的任何組合（包括圖和實例中 所示的那些）。
[0038] 如本文中所使用，術語"均聚物"一般包括具有單一類型的單體重復單元的聚合物 (例如由單一單體重復單元組成或基本上由其組成的聚合鏈）。對于PVOH的具體情形，術 語"均聚物"（或"PV0H均聚物"）進一步包括具有乙烯醇單體單元和乙酸乙烯酯單體單元 的分布的共聚物，其取決于水解度（例如由乙烯醇和乙酸乙烯酯單體單元組成或基本上由 其組成的聚合鏈）。在100%水解的極限情況下，PVOH均聚物可包括僅具有乙烯醇單元的 真實均聚物。
[0039] 如本文中所使用，術語"共聚物"一般包括具有兩種或更多種類型的單體重復單 元的聚合物（例如由兩種或更多種不同單體重復單元組成或基本上由其組成的聚合鏈，呈 無規共聚物、嵌段共聚物等形式）。對于PVOH的具體情況，術語"共聚物"（或"PV0H共聚 物"）進一步包括如下共聚物，其具有視水解度而定的乙烯醇單體單元和乙酸乙烯酯單體單 元的分布以及至少一種其它類型的單體重復單元（例如由乙烯醇單體單元、乙酸乙烯酯單 體單元和一種或多種其它單體單元組成或基本上由其組成的三元（或更高）聚合鏈）。在 100 %水解的極限情況下，PVOH共聚物可包括具有乙烯醇單元和一