包裝材料及其制備和使用方法
【專利說明】包裝材料及其制備和使用方法
【背景技術(shù)】
[0001] 用于包裝的溫控系統(tǒng)能夠有助于保持食物質(zhì)量。在冷儲地點之間運輸或者顧客沒 有及時冷藏的帶有非理想包裝的冷藏或冷凍食品將受益于更佳的絕緣以便儲存、運輸和購 后處置。同樣，自加熱包裝可允許消費者便利地享受應(yīng)當加熱的食物。因此，對于與標準包 裝相比改善食物質(zhì)量的食物包裝解決方案存在需求。
[0002] 發(fā)明概述
[0003] 該文獻中公開的實施例涉及具有布置在形狀記憶聚合物內(nèi)的至少一個作用劑的 包裝，該形狀記憶聚合物適于響應(yīng)于刺激而釋放作用劑。該包裝可構(gòu)造為例如保存食物或 飲料。該包裝可用于例如檢測運輸或儲存期間的環(huán)境條件，保持食物的溫度以維持食物質(zhì) 量，或者為顧客提供令人愉悅的感官體驗。
[0004] -些實施例涉及制作包裝的方法，包括將至少一個作用劑布置在形狀記憶聚合物 內(nèi)，其中所述形狀記憶聚合物適于響應(yīng)于刺激而釋放作用劑。
[0005] -些實施例涉及使用包裝的方法，包括：提供具有布置于形狀記憶聚合物內(nèi)的至 少一個作用劑的包裝；以及提供刺激以使形狀記憶聚合物變形，由此從形狀記憶聚合物中 釋放出作用劑。
[0006] 前面的概述僅僅是示例性的，而不意在以任何方式進行限制。通過參考附圖以及 下面的詳細說明，除了上文所描述的示例性的方案、實施例和特征之外，另外的方案、實施 例和特征將變得清晰可見。
【附圖說明】
[0007] 圖1示出了具有形狀記憶聚合物的示例性包裝的示意圖，該形狀記憶聚合物呈柱 形棒的形狀，當暴露于刺激時柱形棒打開，形成裝飾形狀。
[0008] 圖2示出了具有形狀記憶聚合物的示例性包裝的示意圖，如左側(cè)顯示該形狀記憶 聚合物具有平板壁，當暴露于刺激時該平板壁收縮、向上卷曲，形成如右側(cè)顯示的裝飾性花 形裝飾件，并且當包封形狀記憶聚合物的密封劑響應(yīng)于收縮而破裂時，引起作用劑的猝發(fā) 性釋放(如星形猝發(fā)所示）。
[0009] 圖3A-3E示出了根據(jù)本文實施例的做成各種形狀的裝飾件的形狀記憶聚合物。圖 3A示出了可利用本文實施例的方法做成的定形為葉子的裝飾件的示例。圖3B示出了可利用 本文實施例的方法做成的定形為葉子的裝飾件的示例。圖3C示出了可利用本文實施例的方 法做成的定形為保持食物的碗的葉狀裝飾件的示例。圖3D示出了作為壽司包裝的部分的、 本文實施例的葉狀裝飾件包裝的示例。圖3E示出了可以利用本文的實施例的方法做成的定 形為花的裝飾件的示例。
[0010] 圖4A-4D描繪了根據(jù)本文實施例的暴露于刺激時示例性的形狀記憶聚合物的變換 的階段。圖4A描繪了呈螺絲錐狀螺旋形狀的形狀記憶聚合物，當暴露于刺激時，如同4B所示 緩慢展開。圖4C是彎曲管狀，描繪了形狀記憶聚合物的變換的進一步階段，如圖4D所示形狀 記憶聚合物展開而形成直線的、固定管狀。
[0011] 圖5A-5C描繪了根據(jù)本文實施例的暴露于刺激時形狀記憶聚合物的變換的階段。 圖5A示出了處于其原始管狀的形狀記憶聚合物，當暴露于刺激時，如圖5B所示開始向內(nèi)卷 曲，產(chǎn)生了如圖5(3所不的最早的螺絲錐(corkscrew)形狀。
[0012] 圖6示出了本文所描述實施例的形狀記憶聚合物響應(yīng)于溫度變化的形狀變化特 性。X軸是時間，y軸是溫度。
[0013]圖7A-7D示出了接枝聚合物網(wǎng)的光誘發(fā)SME的分子機理：圖7A的光敏基（空心三角 形)在拉伸和光固定之后共價連接到永久聚合物網(wǎng)（實心圓，永久交聯(lián)），形成光可逆交聯(lián) (實心菱形），如圖7B中所示；臨時形狀的圖7C所示的固定和圖7D所示的復(fù)原是通過合適波 長的UV光輻照來實現(xiàn)的。
[00M]圖8A-8C示出了形狀記憶復(fù)原過程的示意圖，其中圖8A示出了切換鏈段松弛的原 始形狀；圖8B示出了切換鏈段由于溫降而在過渡中固定的過渡形狀；以及圖8C示出了切換 鏈段再次松弛的逆向返回原始形狀.
[0015]圖9A-9E示出了由硅石基質(zhì)中氧化鐵(II)顆粒和聚醚聚氨酯構(gòu)成的納米顆粒形成 的熱塑性形狀記憶復(fù)合物在22秒內(nèi)的磁感應(yīng)形狀記憶效應(yīng)。
[0016]發(fā)明詳述
[0017]在下面的詳細說明中，將參考附圖，附圖構(gòu)成了詳細說明的一部分。在附圖中，除 非上下文指出，否則相似的符號通常表示相似的部件。在詳細說明、附圖和權(quán)利要求中所描 述的示例性實施例不意在限制。在不偏離本文呈現(xiàn)的主題的精神或范圍的前提下，可以使 用其它實施例，并且可以做出其它改變。將易于理解的是，如本文大致描述且如圖中所圖示 的，本公開的方案能夠以各種不同配置來布置、替代、組合、分離和設(shè)計，所有這些都在本公 開的范圍內(nèi)中明確地構(gòu)思出。
[0018] 本文描述的實施例涉及包裝，該包裝具有布置在形狀記憶聚合物內(nèi)的至少一個作 用劑，該形狀記憶聚合物適于響應(yīng)于刺激而釋放作用劑。該包裝可構(gòu)造為例如保存食物或 飲料。在一些實施例中，作用劑可以猝發(fā)釋放方式從形狀記憶聚合物中釋放出。在一些實施 例中，作用劑可以緩慢釋放的方式從形狀記憶聚合物中釋放出。作用劑可以包括冷卻劑、芳 香劑、加熱劑、可視指示劑或輔助物、抗菌劑、藥物、藥劑、噪聲形成劑或其組合。例如，作用 劑可以包括在溶解于水中時能夠發(fā)生放熱反應(yīng)的鹽、在溶解于水中時能夠發(fā)生吸熱反應(yīng)的 鹽、精油、加壓二氧化碳或其組合。
[0019] 在一些實施例中，作用劑布置在形狀記憶聚合物的表面上。在圖1所示的實施例 中，作用劑102可以儲存在形狀記憶聚合物100的內(nèi)核101中。形狀記憶聚合物100可以定形 為塊狀聚合物棒，作用劑102在暴露于刺激時被釋放，并由于促動而到達親水基質(zhì)中。例如， 塊狀聚合物棒在暴露于刺激時打開并且釋放作用劑102,諸如冷卻劑、芳香劑、加熱劑、可視 指示劑或輔助物、抗菌劑、藥物、藥劑、噪聲形成劑或其組合，從而產(chǎn)生感官體驗。在可選的 實施例中，如圖2所示，作用劑201可以儲存在材料密封劑中并且涂敷到形狀記憶聚合物200 的板面203上。在圖2中，當形狀記憶聚合物收縮202時，形狀記憶聚合物在暴露于諸如溫度 變化的刺激時從平坦形狀變成螺旋形狀，通過使得包封形狀記憶聚合物200的膠囊204破 裂，可以釋放作用劑201。如圖3所示，形狀記憶聚合物可以定形為食物裝飾件300,諸如為葉 子（圖3A至3D)或花（圖3E)形狀的食物裝飾件，并且可以設(shè)計形狀變化以使得在形狀記憶聚 合物從一種形狀變換成另一種形狀時，可以提供裝飾性"折紙"效果。
[0020] 在一些實施例中，作用劑可以是在溶解于水中時能夠發(fā)生吸熱反應(yīng)的鹽。在一些 實施例中，作用劑可以從以下選出：硝酸銨、氯化鋰、氯化鉀、亞硝酸銨、硫氰酸鉀、硫氰酸 銨、碘化鉀、氯化銨、亞硝酸鈉、硝酸鈉、醋酸鈉、碳酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硫代硫酸鈉、磷酸 鈉、尿素、木糖醇、山梨醇、甘油、麥芽糖醇、蔗糖、葡萄糖、唾液淀粉酶、脂肪酶、甘露糖、糖、 碳水化合物及其組合。
[0021] 在一些實施例中，作用劑可以是在溶解于水中時能夠發(fā)生放熱反應(yīng)的鹽。例如，作 用劑可以從以下選出：氯化鋰、氯化鎂、碳酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、氯化鈣、氧化鈣、氯化鋁、硫 酸鋁、硫酸鋁鉀、及其組合。
[0022] 在一些實施例中，作用劑可以是從如下選出的精油:瓊脂油、香旱芹油，當歸根油， 大茴香油，阿魏，香脂油，羅勒油，月桂油，香檸檬油，黑胡椒精油，布枯油，樺樹油，樟腦，大 麻花精油，葛縷子油，小豆蔻籽油，胡蘿卜籽油，雪松油，甘菊油，菖蒲根，肉桂油，巖薔薇油， 香茅油，鼠尾草油，丁香油，芫荽油，咖啡，芫荽，艾菊油，木香，蔓越莓籽油，蓽澄茄，枯茗油， 柏樹，干膜莎草，咖喱葉，印蒿油，蒔蘿油，土木香，桉樹油，小茴香子油，胡蘆巴油，冷杉，乳 香油，高良姜，白松香，天竺葵油，姜油，秋麒麟草，葡萄柚油，指甲花油，蠟菊，檸檬烯，山核 桃油，辣根油，牛膝草，愛達荷州艾菊，茉莉油，杜松子油，薰衣草油，檸檬油，檸檬香茅，青 檸，山蒼子油，柑橘，馬郁蘭，白千層，茶樹油，蜜蜂花油，薄荷油，山香薄荷，芥子油，艾蒿油， 沒藥油，桃金娘，印楝油，橙花，肉豆蔻，橙油，牛至油，鳶尾油，帕洛圣，歐芹油，廣藿香油，紫 蘇精油，海地油，椒薄荷油，橙葉，松油，羅文沙葉，鉛筆柏，羅馬甘菊，玫瑰油，玫瑰果油，迷 迭香油，玫瑰木油，鼠尾草油，黃樟油，香薄荷油，檀香油，五味子油，綠薄荷油，甘松，云杉， 八角油，紅橘，龍蒿油，百里香油，鐵杉，郁金，纈草，香根草油，ω -3油，亞麻籽油，魚油，牛 油，桐油，香蕉油，西部鉛筆柏，冬青，蓍草油，依蘭，莪術(shù)、及其任意組合。
[0023] 如本文所使用的，形狀記憶聚合物是具有"記憶"宏觀(永久）形狀的能力的聚合 物，在一定的溫度和壓力條件下被操縱并固定到臨時和休眠的形狀，并且在暴露于刺激時 松弛為宏觀形狀。與形狀記憶合金(例如，金屬合金，如鎳-鈦)相比，本文所述的形狀記憶聚 合物可有利地具有高的彈性變形(對于大多數(shù)材料，彈性變形達到200%以上），低密度，可 生物降解性和生物相容性，并可能成本低。這種聚合物也可以針對不同的應(yīng)用來調(diào)整，并且 可以容易地加工。這種形狀記憶聚合物的高彈性變形允許在受刺激時大幅收縮。在一些實 施方案中，用于穩(wěn)定臨時形狀的一個先決條件是該鏈段中的變形形狀構(gòu)造的臨時固定。在 一些實施方案中，暫時的、可逆的交聯(lián)可以是共價鍵或物理交聯(lián)。在一些實施方案中，物理 交聯(lián)可以是改良成粘性狀態(tài)的晶粒。
[0024] 在一些實施例中，變形使得形狀記憶聚合物固定在第二臨時形狀。該臨時形狀可 以保持，直到定形體暴露于適當?shù)拇碳?，這引起原始形狀的復(fù)原。在一些實施例中，臨時形 狀可以在刺激一結(jié)束時恢復(fù)其原始形狀。在復(fù)原期間發(fā)生的運動可以預(yù)先限定，因為其與 導(dǎo)致臨時形狀的機械變形逆反。本文的實施例的形狀記憶聚合物具有重量輕且容許高拉伸 的優(yōu)點。分子結(jié)構(gòu)的不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使得調(diào)整形狀記憶聚合物以適應(yīng)特定的食物和飲 料包裝應(yīng)用的需求，如調(diào)整用于啟動形狀變化的轉(zhuǎn)變溫度(T trans)，從而允許形狀記憶聚合 物爆發(fā)釋放其內(nèi)包封的冷卻劑。例如，對于對溫度敏感的形狀記憶聚合物，其中形狀記憶