BR112017014728B1

BR112017014728B1 - Papelão resistente à umidade, óleo e água

Info

Publication number: BR112017014728B1
Application number: BR112017014728-9A
Authority: BR
Inventors: Jiebin Pang; Natasha GANDIA; Sergio A. Giuste
Original assignee: Westrock Mwv, Llc
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2022-04-19
Also published as: CA2973887A1; MX2017009111A; BR112017014728A2; WO2016130751A1; EP3256643A1; JP7128862B2; CN107208379B; CN112553969A; US20160230343A1; JP2018505323A; JP2020169436A; US9771688B2; CN107208379A; JP6732767B2

Abstract

É descrito um papelão revestido o qual inclui uma camada de base e uma camada superior que não contêm substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera, exibe boa resistência ao óleo e gordura, nenhuma tendência a bloqueios e é totalmente repolpeável. Resistência à umidade aprimorada também é exibida.

Description

REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica o benefício de prioridade sob 35 U.S.C. §119(e) dos Pedidos Provisórios dos Estados Unidos número de série 62/114.716, depositado em 11 de fevereiro de 2015, e número de série 62/164.128, depositado em 20 de maio de 2015, os quais são aqui incorporados por referência em suas respectivas íntegras.

[002] A presente descrição refere-se a um método para tratar papelão com revestimentos aquosos para obter uma resistência surpreendentemente boa à penetração de óleo e gordura. O papelão também tem boa resistência à umidade. O papelão tratado é totalmente repolpeável e não tem nenhuma tendência a bloqueios. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[003] A presente descrição refere-se a substratos de papelão que têm boa resistência ao óleo e gordura, ainda que com reciclabilidade total e sem tendência a bloqueios.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[004] A resistência ao óleo e gordura é uma das principais necessidades para embalagens de papelão nas indústrias de alimentos e serviços de alimentos. Várias tecnologias, incluindo tratamentos com produtos químicos especiais (cera, fluoroquímicos, amido, álcool polivinílico (PVOH), alginato de sódio, etc.), revestimento por extrusão de polímero (polietileno, etc.) têm sido empregados para conferir resistência ao óleo e gordura a embalagens de papelão. No entanto, o papel ou papelão tratado com cera ou revestido com polietileno, o qual é atualmente usado em embalagens resistentes a óleo e gordura, tem dificuldades no repolpeamento e não é tão facilmente reciclável como o papel ou papelão convencional. O papel ou papelão tratado com produtos químicos especiais, tais como compostos fluorados, tem preocupações potenciais com a saúde, a segurança e o meio ambiente, e os cientistas têm solicitado uma interrupção no uso de produtos fluoroquímicos não essenciais em produtos de consumo comuns, incluindo materiais de embalagem.

[005] Assim, ainda há uma necessidade crítica de papelão resistente a óleo e gordura que 1) tenha elevado desempenho, 2) não tenha preocupações ambientais ou com a segurança, 3) seja reciclável e 4) seja de baixo custo. O revestimento aquoso é uma das soluções promissoras para alcançar estes objetivos. No entanto, o bloqueio (a tendência das camadas em um rolo de papelão de aderir umas às outros) é um obstáculo técnico desafiador nos processos de produção e conversão para o papelão revestido com uma barreira aquosa e o bloqueio também é um obstáculo técnico importante para a aplicação de revestimentos de barreira aquosa na máquina. Além disso, a maioria dos revestimentos de barreira aquosa não são totalmente repolpeáveis. A presente invenção aborda os problemas discutidos acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] A finalidade geral da invenção é revestir o lado de "barreira" de um papelão com duas camadas de revestimento aquoso, as duas camadas sendo a mesma formulação de revestimento ou duas formulações diferentes. As duas camadas de revestimento mostram um efeito sinérgico sobre o desempenho da barreira. O revestimento pode ser aplicado sobre uma máquina de papel ou por um revestidor offline. O papelão revestido de acordo com a invenção confere elevada resistência ao óleo e gordura, não tem tendência a bloqueios, é compatível com os regulamentos de segurança e ambientais, é totalmente repolpeável e pode ser produzido em um baixo custo.

[007] Em uma modalidade, é descrito um papelão revestido o qual inclui um substrato de papelão que tem um primeiro lado e um segundo lado; uma camada de base em contato com o primeiro lado, a camada de base compreendendo aglutinante e pigmento, a camada de base não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; uma camada superior em contato com a camada de base, a camada superior compreendendo aglutinante e pigmento, a camada superior não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; e em que o papelão revestido tem um valor no Kit de Teste 3M de pelo menos 10.

[008] Em outra modalidade, é descrito um papelão revestido o qual inclui um substrato de papelão que tem um primeiro lado e um segundo lado; uma camada de base em contato com o primeiro lado, a camada de base tendo um peso de revestimento de 5 a 12 libras por 3000 pés2 e compreendendo aglutinante e pigmento, a camada de base não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; uma camada superior em contato com a camada de base, a camada superior tendo um peso de revestimento de 2 a 9 libras por 3000 pés2 e compreendendo aglutinante e pigmento, a camada superior não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; e em que o papelão revestido tem um valor no Kit de Teste 3M de pelo menos 10, é pelo menos 99% repolpeável e não tem tendência a bloqueios após ser mantido durante 24 horas a 50 °C em uma pressão de 100 psi.

[009] Em outra modalidade, é usada uma combinação de aglutinantes para conferir resistência à umidade aprimorada ao papelão revestido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[010] A Figura 1 ilustra um método para produção de uma matéria-prima de base em uma máquina de papelão;

[011] a Figura 2 ilustra um método para tratamento da matéria-prima de base a partir da Figura 1 ao aplicar revestimentos em ambos os lados em uma máquina de papelão;

[012] a Figura 3 ilustra um método para tratamento da matéria-prima de base a partir da Figura 1 ao aplicar revestimentos a um lado em uma máquina de papelão;

[013] a Figura 4 ilustra um método para tratamento da matéria-prima de base da Figura 1 ao aplicar revestimentos a um lado sobre um revestidor fora da máquina; e

[014] a Figura 5 ilustra um dispositivo para medir o bloqueio de papelão.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[015] A Figura 1 e a Figura 2 ilustram um método em máquina em papel exemplificativo para revestir uma trama de papelão com duas camadas de revestimento aquoso. Um fio de formação 110 na forma de uma correia sem fim passa sobre um rolo cabeceira 115 que gira próximo de uma caixa de entrada 120. A caixa de entrada fornece uma suspensão fibrosa em água com uma consistência bastante baixa (por exemplo, cerca de 0,5% de sólidos) que passa sobre o fio de formação em movimento 110. Ao longo de uma primeira distância 230, a água é drenada da pasta e através do fio de formação 110, formando uma trama 300 de fibras úmidas. A suspensão, ao longo da distância 130, ainda pode ter uma aparência úmida, uma vez que há água livre sobre sua superfície. Em algum momento, à medida que a drenagem continua, a água livre pode desaparecer da superfície e, ao longo da distância 231, a água pode continuar a ser drenada, embora a superfície pareça livre da água.

[016] Eventualmente, a trama é transportada por um feltro de transferência ou feltro de prensa através de um ou mais dispositivos de prensagem, tais como rolos de prensa 130, que ajudam a drenar ainda mais a trama, usualmente com a aplicação de pressão, vácuo e algumas vezes calor. Após a prensagem, a trama ainda relativamente úmida 300 é seca, por exemplo, usando um secador ou seções de secagem 401, 402 para produzir uma trama seca ("matéria-prima bruta") 310 a qual pode, então, ser passada através de uma prensa de tamanho 510 que aplica um encolante à superfície para produzir uma "matéria-prima de base" 320, a qual pode ser passada através de seções de secagem 403 adicionais e (na Figura 2) etapas de nivelamento, tal como uma calandra 520.

[017] A matéria-prima de base 320 pode, então, ser passada através de um ou mais revestidores. Por exemplo, o revestidor 530 pode aplicar uma camada de base ("BC") a um primeiro lado ("C1") da trama e a camada de base pode ser seca em uma ou mais seções de secagem 404. O revestidor 540 pode aplicar uma camada superior ("TC") ao primeiro lado da trama e a camada superior pode ser seca em uma ou mais seções de secagem 405.

[018] Se a trama deve ser revestida sobre dois lados, o revestidor 550 pode aplicar uma camada de base ao segundo lado ("C2") da trama e a camada de base pode ser seca em uma ou mais seções de secagem 406. O revestidor 560 pode aplicar uma camada superior ao segundo lado da trama e a camada superior pode ser seca em uma ou mais seções de secagem 407. A ordem dos revestidores 540, 550 pode ser trocada, de modo que tanto o lado C1 quanto C2 recebam primeiro uma camada de base e, então, ambos os lados recebam uma camada superior. Em alguns casos, apenas um lado será revestido, conforme mostrado na Figura 3, ou apenas uma camada de base pode ser aplicada. Em alguns casos, uma terceira camada pode ser aplicada a um lado.

[019] Em vez de aplicar o revestimento por revestidores na máquina, conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, o revestimento pode ser aplicado por um revestidor fora da máquina, conforme mostrado na Figura 4. Em tais casos, o papelão que tenha sido produzido na máquina de papel e enrolado sobre uma bobina 572 pode, então, ser transportado (como uma bobina ou como rolos menores) para um revestidor fora da máquina 600, onde o papelão é desenrolado da bobina 572, recebe uma camada de base pelo revestidor 610, é seco no(s) secador(es) 601, recebe uma camada superior opcional pelo revestidor 620, é seco no(s) secador(es) 602, opcionalmente recebe um tratamento adicional (tal como calandragem de brilho) e, então, é enrolado na bobina 573. Um revestidor fora da máquina poderia, em vez disso, aplicar um único revestimento a um lado do papelão ou poderia aplicar um único revestimento a cada lado ou poderia aplicar mais de um revestimento a um ou ambos os lados. Alternativamente, uma parte do revestimento pode ser feita sobre a máquina de papel, com revestimento adicional feito em um revestidor fora da máquina.

[020] Vários tipos de dispositivos de revestimento podem ser usados. Os revestidores ilustrados nas Figuras 2-4 são dispositivos onde um revestimento é mantido em uma panela, transferido por um rolo para a superfície inferior da trama (a qual pode ser o primeiro lado ou o segundo lado, dependendo do percurso da trama) e, então, o revestimento em excesso raspado por uma lâmina à medida que a trama é parcialmente enrolada em torno de um rolo de suporte. No entanto, em vez disso, outros tipos de revestidores podem ser usados incluindo, porém sem limitações, um revestidor de cortina, revestidor à faca de ar, revestidor de haste, revestidor de filme, revestidor de curta residência, revestidor de pulverização e prensa de encolagem dosadora de filme.

[021] Os materiais particulares usados nos revestimentos podem ser selecionados de acordo com as propriedades desejadas do papelão acabado. Por exemplo, um lado, por exemplo, C1, pode receber (um) revestimento(s) que confere(m) a capacidade de impressão desejada, enquanto que o outro lado, por exemplo, C2, pode receber (um) revestimento(s) de barreira que confere(m) resistência ao óleo e gordura (Oil and Grease Resistance - OGR). Dependendo da preferência de fabricação, o revestimento com capacidade de impressão pode ser aplicado antes do revestimento OGR ou o revestimento OGR pode ser aplicado antes do revestimento com capacidade de impressão.

[022] Após os revestidores, pode haver equipamento adicional para processamento adicional, tal como nivelamento adicional, por exemplo, calandragem de brilho. Finalmente, a trama é hermeticamente enrolada em uma bobina 570.

[023] O processo geral de fabricação de papel e revestimento tendo sido delineado em um elevado nível na descrição anterior e com as Figuras 1-4, passamos agora aos revestimentos de barreira da presente invenção. Os revestimentos de barreira aquosa típicos frequentemente usam polímero(s) especializado(s), cera e/ou um nível mais elevado de aglutinante polimérico (em comparação com os revestimentos para impressão convencionais), mas estes revestimentos podem causar problemas com a capacidade de repolpeamento do papelão revestido porque os revestimentos são, em geral, difíceis de fragmentar em um tamanho aceitável ou tendem a formar "partes pegajosas" na fabricação de papelão com as fibras recicladas.

[024] Além disso, muitos revestimentos de barreira conferem ao papelão uma tendência a "bloquear" (as camadas aderem juntas) quer nas bobinas 570, 571, 572, 573 ou após ser rebobinado em rolos. Particularmente, na bobina 570 pode haver calor residual proveniente dos secadores, o qual pode se dissipar muito lentamente em virtude da grande massa da bobina. Temperaturas mais elevadas podem aumentar a tendência ao bloqueio.

[025] Sabe-se que o papelão revestido com revestimentos com capacidade de impressão convencionais usualmente não exibe bloqueios e usualmente é totalmente repolpeável. Seria vantajoso se revestimentos que não exibem bloqueios totalmente repolpeáveis também conferissem propriedades de barreira. Contudo, os revestimentos com capacidade de impressão convencionais não conferem propriedades de barreira satisfatórias. Suas formulações têm níveis relativamente baixos de aglutinante de modo a absorver, em vez de repelir, fluidos (tinta de impressão, por exemplo).

[026] As quantidades de aglutinante em revestimentos com capacidade de impressão convencionais podem variar a partir de 15-25 partes por 100 partes em peso de pigmento para camadas de base e 10-20 partes por 100 partes em peso de pigmento para camadas superiores. Os graus de impressão tendem a estar na metade inferior destas faixas. Limitar a quantidade de aglutinante na camada superior pode permitir que as tintas ou adesivos impressos sejam facilmente absorvidos no revestimento de impressão. Simplesmente aumentar o aglutinante para melhorar as propriedades de barreira eventualmente interfere com a capacidade de impressão e causa problemas adicionais. Os resultados de um experimento de controle são mostrados na Tabela 1, que mostra os resultados de teste para uma formulação de revestimento com elevado teor de aglutinante AC-0, cuja proporção de aglutinante para pigmento é de 100:100. Os pigmentos Clay-1, CaCO3-1 e aglutinante SA (copolímero de estireno e acrilato) foram os mesmos materiais (mas não nas mesmas proporções) conforme usado para os testes mostrados depois nas Tabelas 4 e 5). O papelão revestido com uma única camada do revestimento com alto nível de aglutinante exibiu boa resistência ao óleo e gordura, com um elevado nível no Kit de Teste 3M de 11, mas apenas 97,2% de fibras aceitos em um teste de repolpeamento. Além disso, os testes de bloqueio após 24 horas sob pressão de 100 psi foram inaceitáveis. Um nível de bloqueio de 4 resultou quando as amostras foram testadas a 38 °C/90% de UR. Em um teste posterior do mesmo material, um nível de bloqueio de 2 resultou depois que as amostras foram mantidas a 50 °C (umidade desconhecida). Os níveis de bloqueio são posteriormente explicados na Tabela 3; um valor de zero é desejado (sem bloqueio) e valores mais altos indicam bloqueios cada vez mais graves. TABELA 1. Resultados de teste para controle do teor de aglutinantes

[027] Há problemas similares de bloqueio e capacidade de repolpeamento com muitos revestimentos de barreira aquosos que usam polímero(s) especializado(s) e/ou um maior nível de aglutinante polimérico (em comparação com revestimentos com capacidade de impressão), com o efeito deletério de que o papelão revestido não é completamente reciclável e tende a formar bloqueios em temperatura ou pressão elevada.

[028] Em contraste, os revestimentos da invenção descritos na presente invenção conferem repulsão fácil, juntamente com boas propriedades de barreira, ao mesmo tempo em que usam aglutinantes poliméricos convencionais e pigmentos convencionais que são de baixo custo e amplamente disponíveis como materiais de revestimento para a indústria de papel ou papelão. Os aglutinantes poliméricos convencionais podem incluir, porém sem limitações, copolímero de estireno e acrilato (SA) e copolímero de estireno-butadieno (SB). Tanto o copolímero de estireno e acrilato (SA) como o copolímero de estireno-butadieno (SB), ou uma mistura de SA e SB, são usados nos exemplos descritos aqui. A escolha de SA ou SB como aglutinante nos exemplos não deve estar limitada de forma alguma.

[029] Pigmentos convencionais são usados na presente invenção e podem incluir, porém sem limitações, argila de caulim, carbonato de cálcio, etc. Aos pigmentos usados nos exemplos aqui são fornecidas as designações "abreviadas" a seguir: "Clay-1" Argila de caulim, por exemplo, uma argila ultrafina N° 1 "Clay-2" Argila em lâminas com elevada relação entre eixos "CaCO3-1" Carbonato de cálcio moído grosso (tamanho de partícula 60% < 2 mícrons) "CaCO3-2" Carbonato de cálcio moído fino (tamanho de partícula 90% < 2 mícrons).

[030] Em contraste com o elevado nível de aglutinante do revestimento AC-0 na Tabela 1, descobriu-se que a aplicação de múltiplas camadas de revestimento usando níveis intermediários de aglutinante (mas maiores do que os níveis de aglutinante usados para revestimentos com capacidade de impressão) pode, surpreendentemente, conferir boas propriedades de barreira, além de excelente capacidade de repolpeamento e nenhuma tendência a bloqueios. Os exemplos mostrados aqui usam níveis de aglutinante de 25 a 35 partes por 100 partes em peso de pigmento, conforme mostrado pelas formulações exemplificativas na Tabela 2.

[031] Os revestimentos de barreira de acordo com a presente invenção foram preparados de acordo com as formulações mostradas na Tabela 2, a qual fornece uma lista dos principais constituintes em partes secas das formulações de revestimento aquoso (AC) usadas para obter a resistência ao óleo e gordura surpreendentemente boa, sem problemas de bloqueios ou capacidade de repolpeamento (conforme refletido nas Tabelas 3 e 4). TABELA 2. Formulações de revestimento

[032] Substancialmente nenhum produto fluoroquímico foi usado nos revestimentos. Por "substancialmente nenhum produto fluoroquímico" entenda-se que não foram usados deliberadamente produtos fluoroquímicos e que qualquer quantidade presente teria sido no máximo quantidades vestigiais. Embora os produtos fluoroquímicos possam ser excluídos em experimentos laboratoriais, vestígios de tais materiais poderiam estar presentes em alguns sistemas de máquinas de papel em virtude da produção de vários graus de produto ou poderiam ser introduzidos em um sistema de fabricação de papel através de processos de reciclagem. Do mesmo modo, substancialmente nenhuma cera foi usada nos revestimentos.

[033] A proporção de aglutinante para pigmento (parte de aglutinante, em peso, para 100 partes de pigmento) das formulações mostradas na Tabela 2 varia a partir de 25 a 35. Esta é maior do que a proporção de aglutinante para pigmento para revestimentos com capacidade de impressão típicos (onde rápida absorção de tinta é desejada) e menor do que a proporção de aglutinante para pigmento de revestimentos de barreira típicos. Assim, parece que uma proporção eficaz de aglutinante para pigmento pode ser a partir de cerca de 25 a cerca de 40 partes de aglutinante por 100 partes de pigmento (em peso) ou a partir de 30 a 35 partes de aglutinante por 100 partes de pigmento. No entanto, talvez resultados aceitáveis (bom no Kit de Teste 3M, nenhum bloqueio e boa capacidade de repolpeamento) possam ser alcançados com uma faixa um pouco maior.

[034] As amostras de papelão foram feitas usando um substrato de sulfato branqueado sólido (Solid Bleached Sulphate - SBS) com um calibrador de 16 pt (0,016"). As amostras foram revestidas sobre um lado (designado aqui o "lado de barreira") usando um revestidor de lâmina piloto com um revestimento de uma camada ou duas camadas. Espera-se que os resultados do piloto sejam representativos dos resultados que poderiam ser alcançados em um revestidor na máquina de produção de papel ou um fora da máquina de produção.

[035] A resistência ao óleo e gordura (OGR) das amostras foi medida no "lado de barreira" pelo Kit de Teste 3M (TAPPI Norma T559 cm-02), com classificações a partir de 1 (a menor resistência ao óleo e gordura) a 12 (excelente resistência à penetração de óleo e gordura).

[036] O comportamento de bloqueio das amostras foi testado ao avaliar a adesão entre o lado revestido de barreira e o outro lado não revestido. Uma ilustração simplificada do teste de bloqueio é mostrada na Figura 5. O papelão foi cortado em amostras quadradas de 2" x 2". Várias duplicatas foram testadas para cada condição, com cada duplicata avaliando o bloqueio entre um par de amostras 752, 754. (Por exemplo, se quatro duplicatas foram testadas, quatro pares - oito peças - seriam usados). Cada par foi posicionado com o lado "revestido de barreira" de uma peça 752 contatando o lado não revestido da outra peça 754. Os pares foram colocados em uma pilha 750 com um espaçador 756 entre pares adjacentes, o espaçador sendo papel alumínio, papel de liberação ou mesmo papel de cópia. Toda a pilha de amostras foi colocada no dispositivo de teste 700 ilustrado na Figura 5.

[037] O dispositivo de teste 700 inclui uma armação 710. Um botão de ajuste 712 é preso a um parafuso 714 o qual é roscado através da parte superior da armação 716. A extremidade inferior do parafuso 714 está presa a uma placa 718 a qual se apoia sobre uma mola helicoidal pesada 720. A extremidade inferior da mola 720 se apoia sobre uma placa 722 cuja superfície inferior 724 tem uma área de uma polegada quadrada. Uma escala 726 permite ao usuário ler a força aplicada (a qual é igual à pressão aplicada à pilha de amostras através da superfície inferior de uma polegada quadrada 724).

[038] A pilha 750 de amostras é colocada entre a superfície inferior 724 e a base da armação 728. O botão 712 é apertado até que a escala 726 leia a força desejada de 100 lbf (100 psi aplicada às amostras). Todo o dispositivo 700, incluindo as amostras é, então, colocado em uma câmara ambiental a 38 °C/90% de UR durante 24 horas ou um forno a 50 °C durante 24 horas. O dispositivo 700 é, então, removido do ambiente de teste e esfriado para a temperatura ambiente. A pressão é, então, liberada e as amostras removidas do dispositivo.

[039] As amostras foram avaliadas quanto à adesividade e bloqueios ao separar cada par de folhas de papelão. Os resultados foram reportados como segue, com uma classificação 0 indicando nenhuma tendência ao bloqueios. TABELA 3. Classificações de bloqueio

[040] O dano por bloqueio é visível como rasgamento das fibras o qual, se presente, usualmente ocorre com as fibras erguidas a partir da superfície sem barreira das amostras 754. Se a superfície sem barreira foi revestida com um revestimento de impressão, o bloqueio também poderia ser evidenciado por danos ao revestimento de impressão.

[041] Por exemplo, conforme representado simbolicamente na Figura 5, as amostras 752 (0)/754 (0) podem ser representativas de um bloqueio "0" (sem bloqueio). O formato circular nas amostras indica uma área aproximada que estava sob pressão, por exemplo, cerca de uma polegada quadrada da amostra global. As amostras 752 (3)/754 (3) podem ser representativas de uma classificação de bloqueio "3", com até 25% de rasgamento das fibras na área que estava sob pressão, particularmente na superfície não revestida da amostra 754 (3). As amostras 752 (4)/754 (4) podem ser representativas de uma classificação de bloqueio "4" com mais de 25% de rasgamento das fibras, particularmente na superfície não revestida da amostra 754 (4). As representações na Figura 5 significam apenas sugestões aproximadas da percentagem de dano a tais amostras de teste, em vez de mostrar uma aparência realista das amostras.

[042] A capacidade de repolpeamento foi testada usando um repolpeador AMC Maelstom. 110 gramas de papelão revestido, cortado em quadrados de 1"x 1", foram adicionados ao repolpeador contendo 2895 gramas de água (pH de 6,5 ± 0,5, 50oC), embebidos durante 15 minutos e depois repolpeados durante 30 minutos. 300 mL da suspensão repolpeada foram, então, peneirados através de uma Vibrating Flat Screen (tamanho de poro de 0,006"). Os rejeitos (capturados pela peneira) e as fibras aceitas foram coletados, secos e pesados. A percentagem de aceitas foi calculada com base nos pesos de aceitas e rejeitos, 100% sendo capacidade de repolpeamento completa.

[043] Como exemplo de má capacidade de repolpeamento, o papelão de SBS revestido com polietileno de baixa densidade (LDPE) com um peso de revestimento de 7-11 libras por 3000 pés2 foi testado e proporcionou fibras aceitas em uma faixa de 91 a 97%. (Uma percentagem de fibras aceitas próximo de 100% é desejada). O papelão revestido com polietileno não é facilmente repolpeável e reciclável.

[044] Várias formulações de revestimento mostradas na Tabela 2 foram aplicadas como uma única camada sobre um substrato de papelão e os resultados do teste são mostrados na Tabela 3, incluindo o Kit de Teste 3M, bloqueio e capacidade de repolpeamento. Conforme observado na Tabela 4, o papelão revestido com uma única camada de revestimento não exibe bloqueios, é totalmente repolpeável e tem um nível no Kit de Teste 3M no lado de barreira de 5-10. No entanto, com uma única camada, mesmo nos pesos de revestimento mais elevados, o valor no Kit de Teste 3M nunca chegou a 11 ou 12. TABELA 4. Resultados de teste com uma única camada

TABELA 5. Resultados de teste com uma camada dupla

[045] Em seguida, as formulações de revestimento mostradas na Tabela 2 foram aplicadas como duas camadas de revestimento sobre o substrato de papelão. Os resultados são mostrados na Tabela 5. Propriedades de barreira surpreendentemente boas são alcançadas em um produto de papelão o qual, no entanto, é completamente repolpeável e não forma bloqueios. A mesma formulação de revestimento ou diferentes formulações de revestimento foram usadas para as duas camadas de revestimento. A excelente resistência ao óleo e gordura com um nível de 12 no Kit de Teste 3M é alcançada quando o papelão é revestido com um revestimento de camada dupla, com a mesma formulação ou com formulações diferentes, mesmo com um peso total de revestimento de cerca de 10 libras por 3000 pés2. O nível de 12 no Kit de Teste 3M corresponde ao papelão revestido por extrusão de polietileno que atualmente é amplamente usado em embalagens de alimentos e serviço de alimentos. Mais importante ainda, o papelão altamente resistente ao óleo e gordura não forma bloqueios e é completamente repolpeável.

[046] O papelão revestido também foi testado com óleo vegetal (óleo de canola) sobre o lado revestido de barreira durante até 24 horas. Os resultados mostraram que, para o papelão com uma única camada, o óleo aplicado ao lado de barreira revestido apareceu no lado oposto após 24 horas. No entanto, para papelão com um revestimento de dupla camada, houve excelente retenção de óleo e nenhuma coloração ou penetração de óleo visível sobre o lado oposto. Isto confirmou o excelente desempenho de resistência ao óleo e gordura do papelão com um revestimento de camada dupla.

[047] Assim, descobriu-se que os revestimentos que usam pigmentos convencionais com apenas níveis intermediários de aglutinante convencional, sem materiais de barreira típicos, tais como produtos fluoroquímicos ou cera, conferiram uma excelente resistência ao óleo e gordura quando aplicados como uma camada dupla. Além disso, estes resultados foram alcançados sem tendência a bloqueios e com capacidade de repolpeamento total do papelão.

[048] Foram realizados testes adicionais para determinar se a resistência à umidade, incluindo barreira ao vapor de água e barreira à água líquida, do papelão da invenção poderia ser aprimorada. Os testes acima usaram um aglutinante SA (estireno-acrílico). Os testes foram agora realizados com combinações de aglutinantes SA (estireno acrílico) e SBR (borracha de estireno-butadieno). Os resultados são apresentados na Tabela 6. Dentro de cada teste (por exemplo, Ctrl 1, Ctrl 2, A, B, C, D, E), a camada de base (BC) e a camada superior (TC) usaram a mesma formulação (listada nas colunas individuais da tabela). De teste para teste, o revestimento diferia quanto às quantidades relativas de aglutinante SA e SBR. TABELA 6. Resultados de teste com uma camada dupla: resistência à umidade

[049] Os revestimentos de controle foram o Controle 1 (35 partes de aglutinante SA, conforme usado em vários dos testes anteriores) e Controle 2 (35 partes de aglutinante SBR). O controle 1 tinha os maiores/piores valores de WVTR (taxa de transmissão de vapor de água a 38 °C e 90% de umidade relativa, TAPPI Norma T464 OM-12) e água Cobb (TAPPI Norma T441 om-04). O Controle 2 tinha os menores/melhores valores de WVTR e Cobb, mas sua capacidade de repolpeamento de 99,3% não foi tão boa.

[050] Com as misturas de aglutinantes SA e SBR, obteve-se boa resistência ao óleo e gordura com valores de 11,6 e 12 no Kit de Teste e a capacidade de repolpeamento foi excelente a 99,9 100%. A excelente resistência ao óleo/gordura ou retenção do lado revestido de barreira foi confirmada por um teste com óleo vegetal, o qual (amostras A e C testadas) não mostrou nenhuma penetração ou mancha de óleo sobre a superfície revestida de barreira dentro de um período de teste de 24 horas com óleo de canola. A taxa de transmissão de vapor de água e Cobb de dois minutos foram aprimorados (menor) em comparação com o uso de aglutinante SA apenas. As amostras não exibiram tendência a bloqueios.

[051] Os revestimentos de teste A-E incorporaram misturas de aglutinantes SA e SBR, com 35 partes de aglutinante no total, incluindo 10-25 partes de cada aglutinante. Especificamente, pelo menos 10 das 35 partes de aglutinante (28,6%) eram aglutinante de acrílico e estireno e pelo menos 17,5 das 35 partes de aglutinante (50%) eram borracha de estireno e butadieno. No entanto, dados os resultados promissores obtidos na Tabela 6, pode ocorrer algum aprimoramento na resistência à umidade com pelo menos 25% ou pelo menos 20% de SA e com pelo menos 40% ou pelo menos 35% de SBR.

[052] Os testes descritos acima usaram um revestidor de lâmina para aplicar a camada de base e a camada superior. Conforme discutido anteriormente, podem ser usados vários tipos de dispositivos de revestimento. A Tabela 7 mostra os resultados de teste de camadas duplas através de uma prensa de encolagem dosadora (filme) para a camada de base e um revestidor de lâmina para a camada superior. Duas formulações diferentes, ambas similares àquelas discutidas acima, foram usadas na demonstração em uma prensa de encolagem dosadora e um revestidor de lâmina, respectivamente. Boa resistência ao óleo e gordura foi obtida com níveis de 12 no kit 3M para a camada dupla através de uma prensa de encolagem dosadora e um revestidor de lâmina. Como comparação, uma única camada da formulação AC-6 com um peso de revestimento de 7,4 libras por 3000 pés2 através de uma pressão de encolagem dosadora mostrou apenas um valor no kit 3M de menos de 1. As amostras AC-6/AC-1 (7,4/7,9 libras por 3000 pés2) e AC-6/AC-7 (6,4/7,9 libras por 3000 pés2) foram testadas com óleo de canola sobre o lado revestido por 24 horas e ambas as amostras exibiram excelente propriedade de retenção de óleo da camada dupla. As amostras AC-6/AC-1 (7,4/7,9 libras por 3000 pés2) não mostraram nenhuma penetração ou mancha de óleo sobre a camada dupla. As amostras AC-6/AC-7 (6,4/7,9 libras por 3000 pés2) mostraram apenas alguns pontos de coloração superficial muito fracos (sem penetração) sobre a superfície revestida de barreira. As amostras não exibiram tendência a bloqueios. TABELA 7. Camada dupla: prensa de encolagem dosadora (filme) e revestidor de lâmina

[053] Uma vez fornecida a descrição acima, muitas outras características, modificações ou aprimoramentos se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica. Tais características, modificações ou aprimoramentos, portanto, devem ser considerados como sendo parte da presente invenção, cujo âmbito deve ser determinado pelas reivindicações a seguir.

[054] Embora modalidades preferidas da invenção tenham sido descritas e ilustradas, será evidente que podem ser feitas muitas modificações nas modalidades e implementações da invenção, sem se afastar do espírito ou âmbito da invenção. Deverá ser entendido, portanto, que a invenção não está limitada às modalidades particulares descritas (ou evidentes a partir da descrição) aqui, mas limitadas apenas pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Papelão revestido caracterizado pelo fato de compreende: um substrato de papelão que tem um primeiro lado e um segundo lado; uma camada de base em contato com o primeiro lado, a camada de base compreendendo um aglutinante e pigmento, a camada de base não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; uma camada superior em contato com a camada de base, a camada superior compreendendo um aglutinante e pigmento, a camada superior não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; em que o papelão revestido tem um valor de pelo menos 10 no Kit de Teste 3M; e em que o papelão revestido é repolpeável até o ponto em que, após repolpeamento, a percentagem de aceitos é de pelo menos 99%.

2. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o valor no Kit de Teste 3M é 12.

3. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a percentagem de aceitos é de pelo menos 99,9%.

4. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o peso da camada de base é de 5 a 12 libras por 3000 pés2.

5. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o peso da camada de base é de 6 a 9 libras por 3000 pés2.

6. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o peso da camada superior é de 2 a 9 libras por 3000 pés2.

7. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o peso da camada superior é de 3 a 6 libras por 3000 pés2.

8. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que não tem nenhuma tendência a bloqueios após ser mantido durante 24 horas a 50 °C em uma pressão de 100 psi.

9. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a proporção de aglutinante para pigmento na camada de base está entre 25 e 40 partes de aglutinante por 100 partes em peso de pigmento.

10. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a proporção de aglutinante para pigmento na camada de base está entre 30 a 35 partes de aglutinante por 100 partes em peso de pigmento.

11. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a proporção de aglutinante para pigmento na camada superior está entre 25 a 40 partes de aglutinante por 100 partes em peso de pigmento.

12. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a proporção de aglutinante para pigmento na camada superior está entre 30 e 35 partes de aglutinante por 100 partes em peso de pigmento.

13. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende pelo menos um de copolímero de estireno e acrilato e copolímero de estireno-butadieno.

14. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o pigmento compreende pelo menos um de uma argila e carbonato de cálcio.

15. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o pigmento compreende uma argila de caulim ultrafina N° 1.

16. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o pigmento compreende uma argila em lâminas com elevada proporção entre eixos.

17. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o pigmento compreende pelo menos um de um carbonato de cálcio moído grosso e um carbonato de cálcio moído fino.

18. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido tem uma taxa de transmissão de vapor de água de no máximo 425 gramas por metro quadrado por dia a 38 °C e 90% de umidade relativa.

19. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido tem uma taxa de transmissão de vapor de água no máximo de 400 gramas por metro quadrado por dia a 38 °C e 90% de umidade relativa.

20. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido tem um teste de Cobb de dois minutos de no máximo 20 gramas por metro quadrado.

21. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido tem um teste de Cobb de dois minutos de no máximo 16 gramas por metro quadrado.

22. Papelão revestido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende tanto copolímero de acrilato e estireno (SA) como copolímero de estireno-butadieno (SBR).

23. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende pelo menos 28% de SA e pelo menos 50% de SBR.

24. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende pelo menos 25% de SA e pelo menos 40% de SBR.

25. Papelão revestido, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende pelo menos 20% de SA e pelo menos 35% de SBR.