BR0212321B1

BR0212321B1 - papelão não revestido para embalagens, embalagem, e, uso da mesma.

Info

Publication number: BR0212321B1
Application number: BRPI0212321-5A
Authority: BR
Inventors: Mats Huebinette; Rein Aksberg; Sven Hakansson
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2012-12-11
Also published as: EP1427885A1; BR0212321A; WO2003021040A1; EP1427885B1; US7628885B2; US20040234802A1; ATE539197T1; SE0102941D0

Description

"PAPELÃO NÃO REVESTIDO PARA EMBALAGENS, EMBALAGEM, E, USO DA MESMA"

A presente invenção se refere a uma nova qualidade de painel não revestido para embalagens com uma camada superior de polpa Kraft branqueada. Os aspectos característicos para a nova qualidade são uma resistência superior quanto à penetração de água, em adição a uma baixa rugosidade superficial, brilho elevado e variação mínima de brilho. O papelão da invenção tem uma superfície superior que é adequada para impressão, e é preferivelmente utilizado na produção de diferentes tipos de embalagens, a saber, embalagens para alimentos. O painel é adequado para uso em processos de embalagem onde vapor é utilizado para esterilização da embalagem e/ou do alimento, a saber, esterilização conjunta da embalagem e de seu conteúdo. Fundamento

No campo de produção de embalagens existe uma demanda por boa capacidade de impressão do papelão. Boas superfícies para impressão são normalmente criadas por revestimento com argila da superfície do painel. O painel para embalagens é usualmente um painel múltiplo, com uma camada superior branqueada sob o revestimento de argila. O termo revestimento com argila cobre todos os tipos de revestimentos onde pigmentos e ligantes são utilizados juntos. Contudo, um painel revestido com argila é muito mais sensível à penetração de água durante e depois da esterilização com vapor do que o painel não revestido. Portanto, o painel revestido com argila não é de forma alguma adequado para a produção de embalagens que serão esterilizadas com vapor. A superfície de impressão é a camada superior do painel feita

de fibras celulósicas branqueadas. Uma camada superior aperfeiçoada pode ser conseguida se a tela do painel é comprimida em um ou mais apertos de rolo, na maior parte dos casos, depois da secagem em uma operação de calandragem. Uma camada superior aperfeiçoada pode também ser conseguida por meio de revestimento do painel com uma cor de revestimento que consiste de pigmentos e ligantes. Em algumas aplicações de painel para embalagem de alimento é uma desvantagem ter uma cor de revestimento sobre a superfície do painel, uma vez que a cor de revestimento pode reduzir a hidrofobicidade do painel. Isto é especialmente notável se vapor é utilizado para esterilização do painel.

Está descrita na WO 01/29316 uma técnica de calandragem desenvolvida recentemente, de aperto suave estendido com temperatura de calandragem substancialmente mais elevada do que normalmente utilizada. Esta técnica pode ser utilizada para fornecer uma superfície desejada para impressão, com baixa rugosidade superficial, brilho elevado e variação mínima de brilho para papelão não revestido, possibilitando que o papelão seja utilizado na produção de embalagens impressas. Tal como descrito, a temperatura dos rolos pode estar acima de 250°C na calandra de aperto suave estendido. A superfície da camada superior do papelão produzido se assemelha a um produto revestido ao invés de um produto não revestido. Neste contexto, pode ser mencionado que a técnica de calandragem de aperto suave estendido foi utilizada anteriormente para reduzir a densidade do painel líquido revestido (WO 96/28.609). Além disto, existe um processo recentemente desenvolvido

para embalagem de alimento úmido em embalagens feitas de painel laminado, similar ao processo de embalar alimentos em latas de estanho. Neste processo, a embalagem e o alimento dentro dela são esterilizados juntos (U.S. 6.177.048). Vapor é utilizado para a esterilização de maneira similar à produção de alimento enlatado. Se existem bordas de painel cortadas na embalagem, vapor e água irão penetrar para o interior do painel através das

bordas cortadas. Uma vez que a difusão de vapor d'água não pode ser evitada,

>

vapor irá penetrar no painel através das bordas e condensar. A medida que as superfícies de fibra se tornam úmidas devido à condensação do vapor d'água, elas irão perder seu caráter hidrofóbico e irá ocorrer penetração de água devido a forças capilares. Quando isto acontece o painel se torna empapado com água em um tempo relativamente curto.

No campo de embalagem de líquido e/ou alimento úmido, o painel é muitas vezes laminado com polietileno ou outros materiais plásticos. O painel deve resistir a diferentes tratamentos de esterilização, a saber, esterilização com peróxido de hidrogênio. Um problema particularmente difícil é a absorção na borda (embebimento na borda), nas bordas do painel cortadas e descobertas. Resistência contra absorção na borda é normalmente criada pelo uso de diferentes agentes de encolamento de superfícies porosas tais como AKD (dímero de alquil ceteno), encolamento de colofônia e ASA (anidrido alquenil succínico). Os agentes de encolamento de superfícies porosas podem ser utilizados isoladamente ou em combinações um com outro, a combinação de AKD e encolamento de colofônia, é conhecida como encolamento duplo de superfícies porosas, sendo a combinação geralmente aceita para painel de embalagem de líquido. Os agentes de encolamento de superfícies porosas são retidos nas fibras durante o processo de fabricação de papel e eles se espalham sobre as superfícies de fibra durante a operação de secagem devido à fusão. Com isto, as superfícies de fibra se tornarão hidrofóbicas, e penetração de água na estrutura da fibra do painel é impedida, devido a forças capilares. A crença geral entre cientistas é que apenas uma fração das superfícies de fibra precisa ser coberta para alcançar uma boa hidrofobicidade. Normalmente, o AKD é baseado em ácido esteárico (Cl8), porém ácido palmítico (Cl 6) e misturas deC16eC18 são também possíveis. Contudo, de acordo com a teoria aceita, a difusão de vapor d'água para o interior do painel não pode ser impedida por encolamento de superfícies porosas.

r

E bem conhecido [Roberts J. (1997) : "A review of advances in internai sizing", Proc. The 11 th. Fundamental Research Symposium in Cambridge, pgs 209 - 263] que resistência máxima contra penetração de água devido a forças capilares é alcançada em níveis relativamente baixos de adição de agente de encolamento de superfícies porosas, isto é, com 0,015% (0,165 kg/t) de AKD reagido na folha. Todo o AKD adicionado não é retido na folha e todo o AKD retido não irá provavelmente reagir. Experiência mostrou que níveis adicionais de 2 kg de AKD por tonelada de fibra seca fornece uma margem suficiente para alcançar a hidrofobicidade máxima possível, e necessária na produção de painel para embalagem de líquido. Acredita-se que uma adição de encolamento de colofônia entre 1,1 e 1,65 kg/t melhore a resistência contra peróxido de hidrogênio, porém não melhora a hidrofobicidade como tal.

A estrutura de poro é de grande importância para a penetração de água para o interior de papel e painel. A equação de Washburn descreve a penetração de líquidos em capilares paralelos, porém ela é também utilizada para fornecer uma descrição aproximada de penetração de água para o interior de papel e painel. Para minimizar a penetração de água de acordo com a equação de Washburn, as superfícies de fibra deveriam ter energia superficial tão baixa quanto possível, isto é, hidrofobicidade máxima, e os raios de poros deveriam ser tão pequenos quanto possível. Poros pequenos são criados por batimento relativamente intenso das fibras nos refinadores e/ou por compressão úmida da tela de painel úmida com alta pressão na sessão de prensagem da máquina de papel. Ao criar os pequenos poros por meio de batimento e/ou compressão úmida, a densidade do painel irá aumentar. Portanto, alta densidade do papelão reflete pequenas dimensões de poro. Assim, seria desejável ser capaz de produzir papelão não

revestido para embalagens com resistência superior contra a penetração de água, possibilitando esterilização da embalagem com vapor d'água. Uma vez que boa capacidade de impressão é importante para embalagens de alta qualidade de hoje, seria desejável ser capaz de produzir o painel com uma superfície de impressão que seja comparável a um painel revestido com argila, sem comprometer outros requisitos de qualidade do produto. Descrição da Invenção

A presente invenção fornece um papelão não revestido para embalagens com uma resistência superior contra a penetração de água, especialmente se o painel é tratado com vapor em um processo de esterilização, e uma camada superior de polpa Kraft branqueada e com uma boa superfície para impressão, sem comprometer outros requisitos de qualidade.

O papelão não revestido para embalagens, de acordo com a

invenção, pode ser obtido por meio de um processo de fabricação de papel no qual uma quantidade adequada de agente de encolamento de superfícies porosas tal como AKD é utilizado na produção de painel para embalagem de líquido normal. A densidade relativamente alta requerida é conseguida por batimento intensivo e/ou compressão úmida. Os problemas possíveis com rachaduras provocadas pela densidade elevada podem ser evitados em alguma extensão tratando as fibras em um refinador HC (alta consistência). A boa superfície para impressão, que é comparável com superfícies revestidas com argila, pode ser obtida, por exemplo, por meio de uma técnica de calandragem de aperto suave estendido (também chamada aperto longo) com temperatura de calandragem substancialmente mais elevada do que utilizada normalmente (Cf. WO 01/29316).

A hidrofobicidade requerida pode ser conseguida por meio de dosagens relativamente elevadas ou dosagens consideravelmente mais elevadas de "encolamento AKD" do que na produção de painel para embalagem de líquido normal, isto é, entre 2 e 4 kg/t de fibras secas. Uma

o

densidade consideravelmente mais elevada do papelão, 700 a 850 kg/m , ou seja, um resultado do desejo de se ter poros menores no painel do que em um painel para embalagem de líquido normal, é uma parte importante do conceito para obtenção de hidrofobicidade adequada ou máxima.

Toda a polpa, ou uma parte dela, pode ser tratada em um refinador HC para fazer as fibras mais flexíveis, e com isto fornecer uma flexibilidade ao painel, projetada para reduzir os possíveis problemas com rachaduras que são provocadas pela densidade elevada do painel. Refinação HC é um tratamento de fibra comum na produção de papel para saco.

A boa superfície para impressão pode ser obtida por meio de uma nova técnica de calandragem, o aperto suave estendido ou a calandragem de aperto longo, que foi trazida para escala de produção onde as vantagens de calandragem suave foram mais desenvolvidas (Cf. Wo 01/29316). Comparada com aperto suaves convencional, as concentrações de tensões locais no aperto da calandragem são substancialmente reduzidas com o aperto suave estendido. A suavização requerida da superfície do papel pode, portanto, ser obtida com um aumento mínimo ou nulo das variações locais das propriedade superficiais, quando telas de papel revestidas são calandradas. A calandragem do papel ou painel é realizada com uma calandra de aperto suave estendido que tem um rolo aquecido comprimido contra a camada superior do papel ou painel e tem uma temperatura superficial de 250 a 350°C, e a pressão contra o painel de papel é ajustada para 5-40 MPa dependendo da carga linear, das propriedades da cinta da calandra, e do comprimento do aperto suave estendido.

Assim, um aspecto da invenção é direcionado a um papelão não revestido para embalagens composto de uma ou mais camadas, com uma camada superior de topo de polpa Kraft branqueada que tem um valor de brilho de 15 - 50% medido de acordo com Tappi T480, uma variação mínima de brilho (um coeficiente de variação nas regiões de comprimento de onda de 3-30 mm menor que 5%), e uma rugosidade superficial (PPS-10) de 2 a 5

μηι medida de acordo com ISO 8791-4, no qual o papelão tem uma densidade

•2

na faixa de 700 a 850 kg/m e é hidrofóbico a partir de um tratamento com agente de encolamento de superfícies porosas de cada camada. O coeficiente de variação de brilho pode ser medido por um processo descrito por Bryntse e Norman. [Bryntse G. and Norman B. (1976): "A method to measure variations in surface and diffuse reflectance of printed and unprinted samples", Tappi, 59:4, 102.]

Em uma configuração preferencial da invenção, o papelão é um painel para embalagem de líquido e, em uma outra configuração, o tratamento com o agente de encolamento de superfícies porosas de cada camada envolveu o uso de uma dosagem de agente de encolamento na faixa de 2 e 4 kg/t de fibras secas. O agente de encolamento de superfícies porosas é preferivelmente um AKD comercialmente disponível, tal como AKD (dímero de alquil ceteno) baseado em Cl 8.

Em ainda uma outra configuração da invenção, no mínimo uma porção das fibras do painel foram tratadas com um refinador HC (alta consistência).

Um outro aspecto da invenção é direcionado a uma embalagem que compreende um papelão não revestido de acordo com a invenção.

Um outro aspecto da invenção é direcionado ao uso de uma embalagem de acordo com a invenção, para esterilização conjunta da embalagem e de seu conteúdo. A técnica de esterilização preferivelmente compreende uma etapa que envolve vapor d'água.

A invenção será ilustrada agora por meio da descrição de configurações, porém deveria ser entendido que estas configurações não limitam o escopo de proteção definido nas reivindicações. Descrição de Configurações

O papelão não revestido da invenção pode ser produzido como um painel de duas camadas (duplex) com uma camada superior de polpa Kraft branqueada, uma mistura de 50% de polpa de madeira macia e 50% de polpa de madeira dura, e uma camada inferior de polpa de madeira macia não branqueada. Uma parte da polpa de madeira macia não branqueada, a saber, 50%, pode ser tratada em um refinador HC para aumentar a flexibilidade das fibras, o que, acredita-se, diminui a tendência por rachaduras na conversão do painel. O nível de batimento de todas as três polpas deveria ser no mínimo 21° SR.

A dosagem de agente de encolamento de superfícies porosas, neste caso um agente de encolamento AKD baseado em Cl 8, deveria ser no mínimo 2 kg/t e é preferivelmente entre 3 kg/t e 4 kg/t, o limite mais alto sendo o limite superior aceito pelas autoridades para material para embalagem de alimentos. O AKD é adicionado como uma emulsão comercial ao fornecimento, de acordo com algum princípio geralmente aceito. O PH no fornecimento deveria preferivelmente ser mais elevado que 6,5 e mais preferivelmente entre 7,1 e 8,0. Um auxiliar de retenção pode ser utilizado, preferivelmente, amido catiônico em combinação com uma solução aniônica de sílica. Bicarbonato é conhecido por melhorar o encolamento de superfícies porosas com AKD e deveria, portanto, ser preferivelmente adicionado. Pequenas quantidades de alúmen deveriam também ser adicionadas ao fornecimento.

A superfície superior lisa do painel pode ser conseguida pelo uso de uma calandragem de aperto suave estendido, na qual o rolo metálico pode ser aquecido a mais do que a 250°C de acordo com a técnica descrita na WO 01/29.316.

O papelão da invenção foi produzido no moinho de papel e as seguintes propriedades foram analisadas a partir de três corridas separadas.

Mínimo Máximo Gramatura (ISO 536:1995) 238,1 247,7 Espessura (ISO 534:1988) 299 340 Densidade (ISO 534:1988) 724 808 PPS 10, lado superior (ISO 8791-4; 1992) 2 5 Teor de umidade (ISO 287:1985) 7,1 9,6

Claims

1. Papelão não revestido para embalagens para esterilização a vapor composto de uma ou mais camadas, com uma camada superior de polpa Kraft branqueada, cujo papelão possui uma densidade na faixa entre 700 e850 kg/m e é hidrofóbico a partir de um tratamento com agente de encolamento de cada camada, caracterizado pelo fato de que: a camada superior possui um valor de brilho de 15 - 50% medido de acordo com Tappi T480, uma variação mínima de brilho (um coeficiente de variação nas regiões de comprimento de onda de 3 - 30 mm menor que 5%) e uma rugosidade superficial (PPS-10) de 2 - 5 μηι medida de acordo com ISO 8791-4, e o tratamento com agente de encolamento de cada camada envolveu o uso de uma dosagem de agente de encolamento na faixa de 2 a 4 kg/t de fibras secas.

2. Papelão não revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do papelão ser um painel para embalagem de líquido.

3. Papelão não revestido, de acordo com a reivindicação 1 o 2, caracterizado pelo fato do tratamento com agente de encolamento de cada camada envolveu o uso de uma dosagem de agente de encolamento na faixa de 3 a 4 kg/t de fibras secas.

4. Papelão não revestido, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato do agente de encolamento ser AKD (dímero de alquil ceteno) baseado em C18.

5. Papelão não revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção das fibras no painel ter sido tratada com um refinador HC (alta consistência).

6. Embalagem para esterilização a vapor, caracterizada pelo fato de compreender um papelão não revestido, do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. Uso de uma embalagem, do tipo definida na reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ser para esterilização a vapor conjunta da embalagem e de seu conteúdo.