BR112012015636B1 - substrato de papel ou papelão, processo para produção do substrato e uma embalagem formada com o substrato - Google Patents

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Abstract

substrato de papel ou papelão, processo para produção do substrato e uma embalagem formada com o substrato a presente invenção se refere a um substrato de papel ou papelão, cujo substrato apresenta propriedades de barreira, compreendendo uma primeira camada de fibra, uma segunda camada compreendendo celulose microfibrilada e uma terceira camada compreendendo um polímero. a invenção se refere ainda a um processo para produção do referido substrato, e uma embalagem formada com o dito substrato.

Description

“SUBSTRATO DE PAPEL OU PAPELÃO, PROCESSO PARA PRODUÇÃO DO SUBSTRATO E UMA EMBALAGEM FORMADA COM O SUBSTRATO”
Campo da Invenção
A presente invenção se refere a um substrato de papel ou papelão tendo propriedades de barreira. A invenção se refere ainda a um processo para a produção do dito substrato e uma embalagem formada com o substrato.
Antecedentes da Invenção
Os produtos à base de fibra usados como embalagens devem ser capazes de proteger o produto embalado de outras influências, assim como, suportar a influência do produto embalado. Uma maneira de obter a desejada proteção é prover a embalagem com um elemento de barreira.
No caso de produtos perecíveis, tais como, produtos sensíveis ao oxigênio, características de barreira de oxigênio da embalagem são exigidas para proporcionar uma prolongada vida de prateleira do produto embalado. Ao limitar a exposição de produtos sensíveis ao oxigênio para o oxigênio, a qualidade e vida de prateleira de diversos produtos são mantidas e intensificadas. Assim, por exemplo, ao limitar a exposição ao oxigênio de produtos alimentícios sensíveis ao oxigênio em um sistema de embalagem, a qualidade do produto alimentício pode ser mantida e sua deterioração retardada. Além disso, tal embalagem também mantém o produto em maior tempo de estoque, desse modo, reduzindo os custos acarretados pelo desperdício e de renovação de estoque.
Assim, podem ser usadas barreiras, por exemplo, contra líquidos e/ou gorduras, a fim de aumentar a resistência da embalagem do produto embalado.
As barreiras são normalmente criadas mediante revestimento de um substrato à base de fibra com uma composição que proporciona ao substrato propriedades de barreira. Diferentes revestimentos podem ser aplicados, dependendo das propriedades necessárias da barreira. Os materiais mais comumente usados quando da formação de uma barreira sobre um produto à base de fibra incluem polietileno (PE), polipropileno (PP), polietilenotereftalato (PET), álcool etileno-vinílico (EVOH) e etileno vinil acetato (EVA). O EVOH é normalmente usado para criar barreiras de oxigênio e o PE ou PET são normalmente usados para criar uma barreira de líquido e/ou vapor. Os
2/9 polímeros são normalmente laminados ou revestidos por extrusão ao produto à base de fibra.
Entretanto, a espessura de uma camada de polímero que proporciona propriedades de barreira a um produto, normalmente, precisa ser bastante espessa, o que torna a produção desse produto barreira bastante dispendiosa.
Outro material comumente usado para a produção de produto barreira é o alumínio. Uma camada compreendendo alumínio, acima de tudo, é usada para melhorar a barreira ao oxigênio e à luz, de um produto de papel ou papelão. A espessura de uma camada de alumínio é normalmente bastante fina, da ordem de 7-9 pm. O alumínio oferece excelentes propriedades de barreira, mas, acentuadamente, aumenta o teor de dióxido de carbono do produto. Além disso, o alumínio diminui a possibilidade de reciclar a embalagem. Portanto, existe uma exigência tanto para os produtores como para os usuários finais de evitar o uso de camadas de alumínio em produtos de papel ou papelão, a fim de diminuir o teor de dióxido de carbono de um produto.
Existe ainda uma necessidade de um aperfeiçoado produto à base de fibra com propriedades de barreira, que seja mais econômico e vantajoso de produzir e que possa ser produzido com baixo teor de dióxido de carbono.
Resumo da Invenção
Constitui um objeto da presente invenção, proporcionar um aperfeiçoado substrato à base de fibra tendo propriedades de barreira.
Esse objetivo e outras vantagens são alcançadas pelo substrato, de acordo com o descrito na reivindicação 1. A presente invenção se refere a um substrato de papel ou papelão tendo propriedades de barreira, cujo substrato compreende uma primeira camada à base de fibra, uma segunda camada compreendendo celulose micofibrilada e uma terceira camada compreendendo um polímero. Foi demonstrado que a combinação de uma camada compreendendo celulose microfibrilada e uma camada de polímero proporciona excelentes propriedades de barreira do substrato de papel ou papelão.
A segunda camada do substrato é preferivelmente fixada à primeira camada e a terceira camada é preferivelmente fixada à segunda camada do substrato de papel ou papelão. Desse modo, o substrato de papel ou papelão compreende três camadas, e a segunda camada compreendendo celulose microfibrilada é posicionada entre a primeira camada à base de fibra e a terceira camada de polímero.
3/9
O polímero da terceira camada do substrato é preferivelmente polietileno ou polietilenoterefitalato. Esses polímeros irão proporcionar ao substrato de papel ou papelão propriedades de vedação térmica, como, também, junto com a segunda camada compreendendo celulose microfibrilada, as desejadas propriedades de barreira.
O substrato pode compreender ainda uma quarta camada, que é adicionada com a ajuda do procedimento de deposição atômica de camada (ALD). A quarta camada é preferivelmente posicionada entre as segunda e terceira camadas. E preferido que a quarta camada compreenda alumínio.
O substrato preferivelmente compreende um elemento de barreira contra líquidos, vapor, gordura, detergentes, oxigênio e/ou outros gases.
A presente invenção se refere ainda a um processo para a produção de um substrato de papel ou papelão, cujo substrato apresenta propriedades de barreira, em que o processo compreende as etapas de prover uma primeira camada à base de fibra, adicionar uma segunda camada compreendendo celulose microfibrilada e adicionar uma terceira camada compreendendo um polímero.
A segunda camada é preferivelmente adicionada à primeira camada por meio de revestimento e a terceira camada é preferivelmente adicionada à segunda camada por meio de laminação ou revestimento por extrusão.
O processo pode compreender também a adição de uma quarta camada ao substrato. É preferido que a quarta camada seja adicionada mediante uso do procedimento de deposição atômica de camada (ALD). A quarta camada é preferivelmente adicionada entre as segunda e terceira camadas do substrato.
A invenção se refere ainda a uma embalagem produzida com o substrato de papel ou papelão acima mencionado, e em que a embalagem é usada como embalagem de alimentos ou de líquidos.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção se refere a um substrato de papel ou papelão tendo propriedades de barreira, cujo substrato além de uma primeira camada à base de fibra compreende também uma segunda camada, a qual contém celulose microfibrilada (MFC), e uma terceira camada compreendendo um polímero. Foi demonstrado que a combinação de uma camada compreendendo celulose microfibrilada e uma camada de
4/9 polímero proporciona excelentes propriedades de barreira ao produto de papel ou papelão.
A adição de uma camada compreendendo celulose microfíbrilada à primeira camada à base de fibra toma a superfície da primeira camada à base de fibra mais densa, isto é, o pequeno tamanho da celulose microfíbrilada possibilita à MFC cobrir os espaços entre as fibras da superfície da primeira camada à base de fibra, que toma densa e lisa a superfície. A densificação e polimento aperfeiçoados melhoram a aderência de uma terceira camada que compreende polímero, que aumenta o polimento da camada de polímero, que resulta em que irão surgir menos furos de pinos ou outras irregularidades da camada de polímero, especialmente, durante o revestimento por extrusão. Além disso, a adição de celulose microfíbrilada aumenta a energia da superfície do substrato de papel ou papelão. O aumento da energia de superfície aumenta a capacidade da terceira camada compreendendo polímero aderir à superfície. Assim, pode ser desnecessário tratar o substrato de papel ou papelão contendo a segunda camada compreendendo MFC com, por exemplo, um tratamento corona, a fim de que a terceira camada compreendendo polímero possa aderir. Uma vez que a aderência da camada de polímero e o polimento da superfície são melhorados, a quantidade de polímero, isto é, a espessura da terceira camada compreendendo polímero, pode ser diminuída. A segunda camada compreendendo celulose microfíbrilada pode ser adicionada numa quantidade de 0,1 - 10,0 g/m2 (no estado seco), preferivelmente, na faixa de 0,5 - 3,0 g/m2 (no estado seco). Uma maior espessura da camada compreendendo MFC resulta na melhoria do módulo de elasticidade da superfície do substrato de papel ou papelão, sendo também obtido um maior índice de rigidez à curvatura. A espessura da terceira camada compreendendo um polímero pode ser de 550 gsm, preferivelmente, entre 9-25 gsm. No entanto, a espessura depende das desejadas propriedades finais do substrato de papel ou papelão.
A combinação da terceira camada compreendendo polímero e segunda camada compreendendo MFC surpreendentemente demonstrou a obtenção de excelentes propriedades de barreira ao oxigênio. A combinação da densificação da superfície da primeira camada à base de fibra e da resistência que a camada de polímero proporciona resulta em um substrato de papel ou papelão com excelentes propriedades de barreira ao oxigênio, muito embora, cada camada per si, demonstre fracas propriedades de barreira ao oxigênio. Além disso, o substrato também mostra satisfatórias propriedades de
5/9 barreira contra líquidos e/ou vapor, que é resultado da terceira camada compreendendo um polímero. É preferido que a terceira camada que compreende polímero também proporcione propriedades de vedação térmica ao substrato de papel ou papelão, isto é, um polímero de vedação térmica que facilite a modelagem de uma embalagem, a partir do substrato de papel ou papelão produzido. Além disso, a adição de MFC e de uma camada de polímero ao substrato aumenta a flexibilidade e, assim, também a resistência, durante os atos de fazer vinco e dobramento do substrato de papel ou papelão.
Também, é possível modificar a celulose microfibrilada da segunda camada antes da adição à primeira camada de fibra. Desse modo, é possível, por exemplo, aumentar ainda mais a energia de superfície ou alterar a carga das superfícies de MFC, a fim de melhorar as propriedades de barreira, assim como, a aderência da terceira camada de polímero. Como a modificação é feita depende das desejadas propriedades do produto final.
A celulose microfibrilada (MFC), também conhecida como nanocelulose, é um material feito de fibras de celulose de madeira, onde as microfibrilas individuais foram parcial ou totalmente desunidas. A MFC, normalmente, é bastante fina (~20 nm) e o comprimento, normalmente, entre 100 nm a 10 qm. Entretanto, as microfibrilas podem ser também maiores, por exemplo, entre 10-100 qm, mas, comprimentos de até 200 pm podem ser também usados. As fibras que foram fibriladas e que apresentam microfibrilas na superfície e microfibrilas que são separadas e localizadas em uma fase aquosa de uma lama, são incluídas na definição de MFC.
A MFC pode ser produzida de diversas e diferentes maneiras. E possível tratar mecanicamente as fibras celulósicas, de modo que sejam formadas microfibrilas. A produção de nanocelulose ou celulose microfibrilada com o uso de bactéria constitui outra opção. É também possível produzir microfibrilas a partir de celulose com a ajuda de diferentes produtos químicos e/ou enzimas que irão romper ou dissolver as fibras.
Um exemplo de produção de MFC é mostrado no documento de patente WO 2007/091942, que descreve a produção de MFC com a ajuda de procedimento de refino, em combinação com a adição de uma enzima.
É preferido que a terceira camada compreenda quaisquer dos seguintes polímeros: polietileno (PE), polietilenotereftalato (PET), álcool polivinílico (PVOH), acetato de polivinila (PVA), polipropileno (PP) e/ou poliamida (PA). Preferivelmente, o polímero irá proporcionar ao substrato propriedades de vedação térmica, o que irá
6/9 melhorar a vedação de uma embalagem formada pelo substrato de papel ou papelão produzido. Além disso, esses polímeros mencionados irão proporcionar ao substrato um aumento das propriedades de barreira contra líquidos e/ou vapor. Entretanto, esses polímeros quando aplicados individualmente ao substrato, proporcionam somente pouca ou nenhuma resistência contra gases, como, por exemplo, contra o oxigênio.
O substrato de papel ou papelão de acordo com a invenção apresenta propriedades de barreira que proporcionam ao substrato uma aperfeiçoada resistência contra, por exemplo, líquidos, vapor, gordura, detergentes, oxigênio ou outros gases. O substrato, de acordo com a invenção, demonstrou ter uma aperfeiçoada resistência contra oxigênio e vapor. Assim, o substrato pode ser adequado para uso como embalagens de alimentos e/ou de líquidos.
O substrato pode compreender ainda uma quarta camada, que pode ser adicionada com a ajuda do procedimento de deposição atômica de camada (ALD). A ALD é uma técnica bem conhecida para deposição de filmes finos sobre uma superfície. A ALD é baseada no uso seqüencial de processo químico de fase gasosa. E comum o uso de dois produtos químicos, tipicamente, chamados de precursores, que reagem com uma superfície, um de cada vez, de uma maneira seqüencial. Ao expor os precursores à superfície de crescimento, repetidamente, um fino filme é depositado. A fim de que o processo de ALD funcione adequadamente, é necessário que a superfície na qual a camada é adicionada seja bastante lisa. A adição da segunda camada compreendendo celulose microfibrilada resulta em um aumento de polimento da superfície, sendo então possível usar o processo de ALD a fim de formar uma fina camada compreendendo celulose microfibrilada.
A quarta camada pode ser posicionada entre as segunda e terceira camadas. É preferido que a quarta camada compreenda alumínio, mas, outros componentes podem também ser usados, por exemplo, dióxido de titânio, que também irá aumentar a opacidade do substrato de papel ou papelão. Desse modo, é também possível produzir uma camada bastante fina, por exemplo, de óxido de alumínio, preferivelmente, na forma de AI2O3, para o substrato de papel ou papelão. A camada de óxido de alumínio proporciona ao substrato de papel ou papelão uma adicional melhoria de propriedades de resistência ao oxigênio, assim como, ao vapor, o que é necessário para alguns produtos. A espessura da quarta camada, preferivelmente, é na faixa de 0,1100 nm. A possibilidade de diminuir a espessura da camada de alumínio irá
7/9 acentuadamente diminuir o teor de dióxido de carbono do substrato, mas, ainda assim, irá produzir um substrato de papel ou papelão com superiores propriedades de barreira.
A presente invenção se refere ainda a um processo para produção de um substrato de papel ou papelão, cujo substrato apresenta propriedades de barreira, em que o processo compreende as etapas de prover uma primeira camada à base de fibra, adicionar uma segunda camada compreendendo celulose microfibrilada e adicionar uma terceira camada compreendendo um polímero. A segunda camada é preferivelmente adicionada à primeira camada e a terceira camada é preferivelmente adicionada à segunda camada.
É preferido que a camada compreendendo MFC seja revestida, preferivelmente, revestida à úmido, sobre a camada à base de fibra, por meio de qualquer técnica convencional de revestimento. Entretanto, é preferido o uso de revestimento por prensagem de filme ou revestimento por prensagem de área, mas, outras técnicas de revestimento, tais como, revestimento por formação de cortina, revestimento por vara, revestimento por spray, revestimento por lâmina ou revestimento a seco, podem também ser usadas. É também possível adicionar a segunda camada compreendendo MFC como um filme à primeira camada à base de fibra. O filme compreendendo MFC é então laminado ou revestido por extrusão sobre a primeira camada.
A primeira camada à base de fibra pode ser revestida com revestimento colorido convencional, que, preferivelmente, compreende minerais, tais como, argila, carbonato de cálcio ou quaisquer outros revestimentos conhecidos, antes ou depois de ser adicionada a segunda camada compreendendo MFC. O revestimento com convencional revestimento colorido pode ser feito por meio de qualquer técnica de revestimento conhecida.
A terceira camada compreendendo um polímero é preferivelmente adicionada na forma de um filme ao substrato de papel ou papelão. O filme pode ser laminado ou revestido por extrusão ao substrato de papel ou papelão.
A quarta camada pode ser também adicionada ao substrato. E preferido que a quarta camada seja adicionada mediante uso do procedimento de deposição atômica de camada (ALD). A quarta camada é preferivelmente adicionada entre as segunda e terceira camadas do substrato.
8/9
Também, pode ser possível adicionar camadas adicionais ao substrato de papel ou papelão. Assim, por exemplo, uma adicional camada de polímero, uma quinta camada, pode ser adicionada sobre a terceira camada de polímero. Outra possibilidade é que uma camada de álcool etileno-vinílico (EVOH) seja adicionada ao substrato entre as 5 segunda e terceira camadas. Essa camada de EVOH será, preferivelmente, fina. Desse modo, um substrato com aumento de propriedades de barreira contra oxigênio será produzido.
A invenção também se refere a uma embalagem que é formada mediante formação de vinco e dobramento do substrato de papel ou papelão produzido. A 10 embalagem terá excelente resistência contra líquidos, vapor e oxigênio, e, assim, será adequada para formação de um pacote para embalagem de alimentos e/ou líquidos.
Conforme aqui usado, o termo “polímero” pode ser utilizado para se referir a homopolímeros, copolímeros, interpolímeros, terpolímeros, etc.
A primeira camada à base de fibra pode compreender quaisquer tipos de 15 fibras celulósicas, como, por exemplo, fibras de madeira dura ou fibras de madeira mole, que podem ser tratadas quimicamente, quimio-mecanicamente e/ou mecanicamente. A primeira camada pode compreender também aditivos comuns usados na fabricação de papel, tais como, agentes de carga, para aumentar, por exemplo, a processabilidade e rentabilidade do processo e do substrato produzido.
A adição da segunda, terceira e/ou quarta camadas pode ser feita na linha de produção da máquina de papel ou papelão, ou ser feita fora da linha de produção.
A outra superfície da primeira camada à base de fibra, isto é, a superfície que não é revestida com a camada compreendendo MFC, pode ser revestida com qualquer adequado revestimento, ou tratada de qualquer modo adequado, a fim de se 25 obter satisfatórias propriedades de superfície, especialmente, satisfatórias propriedades de impressão, uma vez que essa superfície, normalmente, será a superfície externa de uma embalagem produzida.
O substrato, preferivelmente, é um produto de papel ou papelão.
Entretanto, outros produtos, tais como, têxteis, plásticos, etc., podem também ser usados.
9/9
Exemplo
Folhas providas da Cupforma Classic, de 230 gsm, que é um papelão SBS branqueado, compreendendo três camadas de polpa de sulfato branqueada, foram usadas como a primeira camada à base de fibra.
Uma folha foi revestida sobre o lado superior com duas camadas de celulose microfibrilada usando um dispositivo revestidor de vara, de laboratório. A quantidade total de MFC revestida sobre o papelão foi de 1,2 gsm (no estado seco).
A MFC foi preparada a partir de uma polpa de madeira mole de sulfito, totalmente branqueada, com alto teor de celulose, que foi carboximetilada com um DS de 0,05 a 0,1 e, depois, fluidizada (Microfluidizador, Microfuidics Corp.), deixando a polpa de 3% de consistência passar através de uma câmara de 400 pm, seguindo, em uma câmara de 100 pm, onde a MFC usada foi produzida.
As folhas de papelão, tanto a revestida com MFC, como a folha nãotratada, foram depois laminadas totalmente com PE, 24 gms ((11 + 13 gsm; Temperatura de fusão 311/292°C; Velocidade de 310m/min, Borealis CA, 7230) sobre o lado superior, em um laminador de escala integral, mediante fixação das folhas ao tecido.
A velocidade de transmissão de oxigênio foi depois medida, de acordo com a Norma ASTM D3985-05, para a folha que foi laminada com PE, e para a folha que, de acordo com a presente invenção, foi revestida com MFC e laminada com PE.
Tabela 1 - Resultados da Velocidade de Transmissão de Oxigênio (OTR)
OTR (mL/m2; 24 horas)
Referência (Papelão + PE) 3250
Papelão + MFC + PE 45
Conforme pode ser observado da Tabela 1, a velocidade de transmissão de oxigênio (OTR) diminui acentuadamente, o que mostra que a combinação de revestimento com MFC e PE resulta em um substrato de papelão com propriedades de barreira ao oxigênio bastante satisfatórias.

Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Substrato de papel ou papelão tendo propriedades de barreira, dito substrato caracterizado pelo fato de compreender:
    - uma primeira camada de fibra;
    - uma segunda camada compreendendo 0,1-10 g/m de celulose microfibrilada (seca) com um comprimento de 10-100 pm; e
    - uma terceira camada compreendendo um polímero, onde dito polímero é polietileno (PE), polietilenotereftalato (PET), álcool polivinílico (PVOH), acetato de polivinila (PVA), polipropileno (PP) e/ou poliamida (PA).
  2. 2. Substrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda camada é fixada à primeira camada e a terceira camada é fixada à segunda camada.
  3. 3. Substrato, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende ainda uma quarta camada adicionada com a ajuda de um procedimento de deposição atômica de camada.
  4. 4. Substrato, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a quarta camada é posicionada entre a segunda camada e a terceira camada.
  5. 5. Substrato, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a quarta camada compreende alumínio.
  6. 6. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o substrato é uma barreira contra líquidos, vapor, gordura, detergentes, oxigênio ou outros gases.
  7. 7. Processo para produção de um substrato de papel ou papelão tal como definido na reivindicação 1, o qual apresenta propriedades de barreira, caracterizado pelo fato de que o processo compreende as etapas de:
    - prover uma primeira camada de fibras;
    Petição 870190118388, de 14/11/2019, pág. 6/9
    2/2
    - adicionar uma segunda camada compreendendo 0,1-10 g/m de celulose microfibrilada (seca) com um comprimento de 10-100 pm; e
    - adicionar uma terceira camada compreendendo um polímero, onde o dito polímero é polietileno (PE), polietilenotereftalato (PET), álcool polivinílico (PVOH), acetato de polivinila (PVA), polipropileno (PP) e/ou poliamida (PA).
  8. 8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a segunda camada é adicionada à primeira camada mediante revestimento e que a terceira camada é adicionada à segunda camada por meio de laminação ou revestimento por extrusão.
  9. 9. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a quarta camada é adicionada ao substrato.
  10. 10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a quarta camada é adicionada mediante uso do procedimento de deposição atômica de camada (ALD).
  11. 11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a quarta camada é adicionada entre as segunda e terceira camadas.
  12. 12. Embalagem, produzida a partir do substrato de papel ou papelão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a embalagem é usada como uma embalagem de alimento ou líquido.
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