BR112019002654B1 - Papelão revestido e método de tratar papelão - Google Patents

Abstract

Papelão revestido é divulgado que inclui um revestimento não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera, exibindo boa resistência a óleo e graxa, nenhuma tendência para obstrução, o papelão revestido sendo totalmente repolpável assim como compostável.

Description

REFERÊNCIA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido é uma continuação do pedido dos Estados Unidos com número de série 15/258.181 depositado em 7 de setembro de 2016, que é uma continuação em parte do pedido dos Estados Unidos número de série 15/230.896 depositado em 8 de agosto de 2016, agora Patente U.S. No. 9.670.621, que é uma continuação em parte do pedido dos Estados Unidos número de série 15/017.735 depositado em 8 de fevereiro de 2016, que reivindica o benefício de prioridade sob 35 U.S.C. §119(e) do pedido provisório 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, todos os quais são aqui incorporados por referência em suas respectivas totalidades.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção

[0002] Esta divulgação se refere a substratos de papelão tendo boa resistência a óleo e graxa, embora com total reciclabilidade e sem uma tendência para obstrução, e além disso sendo compostável.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[0003] Embalagens sustentáveis usando materiais renováveis, recicláveis, e/ou compostáveis são crescentemente e fortemente desejados para o serviço alimentício e embalagem de alimentos. Papel ou papelão em si são um dos materiais mais sustentáveis para aplicações de embalagem; entretanto, papel ou papelão são frequentemente revestidos ou laminados com materiais de barreira para satisfazer as exigências de embalagem. Estes revestimentos ou películas de barreira adicionais frequentemente tornam as embalagens acabadas não mais repolpável ou compostável. Por exemplo, o papelão revestido com polietileno amplamente usado não é nem compostável nem reciclável sob condições típicas. O papelão revestido com polilactídeo pode ser compostável sob condições industriais, mas não é reciclável.

[0004] A resistência a óleo e graxa é uma das necessidades principais para as embalagens de papelão em indústrias alimentícias e de serviços de alimentação. Diversas tecnologias incluindo tratamento de especialidades químicas (cera, produtos fluoroquímicos, amido, álcool polivinílico (PVOH), alginato de sódio, etc.), revestimento de extrusão polimérica (polietileno, etc.) foram utilizadas para prover resistência a óleo e graxa de embalagem de papelão. Entretanto, o papel ou papelão tratados com cera ou revestidos com polietileno, que são correntemente usados em embalagem resistente a óleo e graxa, tem dificuldades na repolpagem e não são tão facilmente recicláveis como papel ou papelão convencionais. Papel ou papelão tratados com especialidades químicas tais como produto fluoroquímicos têm preocupações potenciais de saúde, segurança e ambientais, e os cientistas exigiram uma parada no uso não essencial de produtos fluoroquímicos em produtos de consumo comuns incluindo materiais de embalagem.

[0005] Existe uma necessidade quanto a papelão resistente a óleo e graxa que seja reciclável, compostável, de custo baixo, e sem preocupações ambientais ou de segurança. O revestimento aquoso é uma das soluções promissoras para se alcançar estas metas. Entretanto, a obstrução (a tendência das camadas em um rolo de papelão para grudar umas às outras) é um obstáculo técnico desafiador nos processos de produção e conversão para papelão revestido com barreira aquosa, e a obstrução também é uma dificuldade técnica principal para aplicação em máquina de revestimentos de barreira aquosa. Além disso, a maioria dos revestimentos de barreira aquosa não é totalmente repolpável. Pedido dos Estados Unidos designado em comum 15/017.735, publicado como Pedido de Patente Publicado U.S. No. 2016-0230343 A1, que é aqui incorporado por referência, trata destes problemas. Entretanto, é desejado ainda ter um papelão que seja compostável. A Especificação padrão da ASTM D6868-11 quanto à compostabilidade de papel ou papelão requer que qualquer constituinte orgânico não biodegradável seja <1% do peso seco do produto acabado, e a porção total de constituintes orgânicos que não são biodegradáveis não pode exceder 5 % do peso total. A maioria dos revestimentos de barreira aquosa convencionais ou comercialmente disponíveis usam nível de aglutinante sintético polimérico de alto a puro, que torna extremamente desafiador atingir esta exigência de composição não biodegradável <1% para o padrão de compostabilidade ASTM, enquanto alcança o desempenho de barreira requerido pela embalagem.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] No presente trabalho, certos revestimentos inventivos que têm propriedades de barreira têm alcançado o padrão de compostabilidade ASTM, pelo menos para papelão que é calibre 12 (0,012” (0,3 mm)) ou maior. Com papelões de calibre menor, o(s) revestimento(s) tipicamente contribuem para um compartilhamento maior do peso total, com o resultado de que o constituinte orgânico não biodegradável nos revestimentos torna-se maior do que 1% de tal papelão de calibre mais baixo.

[0007] O propósito geral da invenção é revestir o lado da ‘barreira’ de um papelão com pelo menos uma camada de revestimento aquoso contendo um material natural renovável (amido modificado) e um aglutinante sintético especializado, resultando no papelão revestido resistente a óleo e graxa (isto é, calibre 12 pt. e acima) atingindo <1% de exigência de composição não biodegradável para o padrão de compostabilidade. O revestimento pode ser aplicado sobre uma máquina de papel ou por um revestidorautônomo (do inglês, off-line), e pode ser aplicado em duas etapas de revestimento (ou duas passagens) para propriedades de barreira realçadas adicionais. O papelão revestido de acordo com a invenção provê resistência a óleo e graxa, não tem nenhuma tendência para bloqueio, é compatível com as regulamentações de segurança e ambiental, é totalmente repolpável, é compostável, e pode ser produzido em um baixo custo.

[0008] Em uma modalidade um papelão revestido é divulgado que inclui um substrato de papelão; um revestimento em contato com o substrato de papelão, o revestimento incluindo aglutinante e pigmento, o revestimento não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; em que o papelão revestido tem um calibre de pelo menos 0,010” (254 μm); em que o papelão revestido provê propriedades de barreira para pelo menos um de óleo, graxa, e umidade; e em que o papelão revestido é compostável de acordo com a norma ASTM D6868-11 quanto à compostabilidade.

[0009] Em uma modalidade um método de tratar papelão é divulgado, o método incluindo prover um substrato de papelão; aplicar ao substrato de papelão um revestimento compreendendo aglutinante e pigmento, e não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; em que o aglutinante compreende amido; em que o papelão revestido tem um calibre de pelo menos 0,010” (254 μm); em que o papelão revestido é compostável de acordo com a norma ASTM D6868-11 quanto à compostabilidade; em que o papelão revestido tem um valor de teste pelo kit 3M de pelo menos 3; e em que o papelão revestido é repolpável até o grau que depois da repolpagem a porcentagem aceita é de pelo menos 99%.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] A FIG. 1 ilustra um método para produzir um estoque base em uma máquina de papelão;

[0011] A FIG. 2 ilustra um método para tratar o estoque base da FIG. 1 aplicando- se revestimentos a ambos os lados em uma máquina de papelão;

[0012] A FIG. 3 ilustra um método para tratar o estoque base da FIG. 1 aplicando- se revestimentos a um lado em uma máquina de papelão;

[0013] A FIG. 4 ilustra um método para tratar o estoque base da FIG. 1 aplicando- se revestimentos a um lado em um revestidor autônomo;

[0014] A FIG. 5 ilustra um dispositivo para medir obstrução de papelão;

[0015] A FIG. 6 é um gráfico da resistência a óleo/graxa (nível pelo kit 3M) vs. peso de revestimento para diversos revestimentos; e

[0016] A FIG. 7 é um gráfico de resistência a óleo (Cobb) vs. peso de revestimento para diversos revestimentos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0017] As FIG. 1 e FIG. 2 ilustram um método em máquina de papel exemplar para o revestimento de um rolo de papelão com uma ou mais camadas de revestimento aquoso. Uma tela de arame de formação (do inglês, forming wire) 110 na forma de uma correia sem fim passa sobre um rolo opositor (do inglês, headbox) 115 que gira próximo a uma caixa de entrada 120. A caixa de entrada provê uma pasta fluida de fibra em água com uma consistência razoavelmente baixa (por exemplo, cerca de 0,5% de sólidos) que passa sobre a tela de arame de formação em movimento 110. Durante uma primeira distância 230 a água drena da pasta fluida e através da tela de arame de formação 110, formando uma trama 300 de fibras úmidas. A pasta fluida durante a distância 130 pode ter ainda uma aparência úmida visto que existe água livre na sua superfície. Em algum ponto conforme a drenagem continua a água livre pode desaparecer da superfície, e além da distância 231, a água pode continuar a drenar embora a superfície pareça livre de água.

[0018] Eventualmente a trama é carregada por um feltro de transferência ou feltro de prensa através de um ou mais dispositivos de prensagem tal como rolos prensa 130 que ajudam a remover água ainda mais da trama, usualmente com a aplicação de pressão, vácuo, e algumas vezes calor. Após prensagem, a trama ainda relativamente úmida 300 é secada, por exemplo usando secador ou seções de secagem 401, 402 para produzir uma trama seca (“estoque bruto”) 310 que pode ser depois conduzido através de uma prensa de cola 510 que aplica uma colagem superficial para produzir um “estoque base” colado 320 que pode depois ser conduzido através das seções secadoras adicionais 403 e (na FIG. 2) etapas de alisamento tais como calandramento 520.

[0019] O estoque base 320 pode ser depois conduzido através de um ou mais revestidores. Por exemplo, o revestidor 530 pode aplicar um primeiro revestimento (“BC”) a um primeiro lado (“C1”) da trama, e o primeiro revestimento pode ser secado em uma ou mais seções secadoras 404. O revestidor 540 pode aplicar um segundo revestimento (“TC”) ao primeiro lado da trama, e o segundo revestimento pode ser secado em uma ou mais seções secadoras 405.

[0020] Se a trama deva ser revestida em dois lados, o revestido 550 pode aplicar um primeiro revestimento ao segundo lado (“C2”) da trama, e este revestimento pode ser secado em uma ou mais seções secadoras 406. O revestidor 560 pode aplicar um segundo revestimento ao segundo lado da trama, e este revestimento pode ser secado em uma ou mais seções secadoras 407. A ordem dos revestidores 540, 550 pode ser trocada, de modo que a ambos os lados C1 e C2 seja primeiro dado um primeiro revestimento, e depois a um lado ou a ambos os lados é dado um segundo revestimento. Em alguns casos, apenas um lado será revestido como mostrado na FIG. 3, ou apenas um primeiro revestimento pode ser aplicado. Em alguns casos, um terceiro revestimento pode ser aplicado a um lado.

[0021] Ao invés de aplicar revestimento pelos revestidores na máquina como mostrado nas FIGs. 2 e 3, o revestimento pode ser aplicado por um revestidor autônomo como mostrado na Fig. 4. Em tais casos, o papelão tendo sido produzido na máquina de papel e enrolado na bobina 572 pode ser depois transportado (como uma bobina ou como rolos menores) para um revestidor autônomo 600, onde o papelão é desenrolado da bobina 572, dado um primeiro revestimento pelo revestidor 610, secado no(s) secador(es) 601, dado um segundo revestimento opcional pelo revestidor 620, secado no(s) secador(es) 602, opcionalmente dado tratamento adicional (tal como calandramento brilhante) e depois enrolado na bobina 573. Um revestidor autônomo ao invés aplicaria um único revestimento a um lado do papelão, ou aplicaria um único revestimento a cada lado, ou aplicaria mais do que um revestimento a cada um ou a ambos os lados. Alternativamente algum revestimento pode ser feito na máquina de papel, com revestimento adicional feito em um revestidor autônomo.

[0022] Vários tipos de dispositivos de revestimento podem ser usados. Os revestidores ilustrados nas FIGs. 2 4 são dispositivos onde um revestimento é mantido em uma panela, transferida por um rolo para a superfície inferior da trama (que pode ser o primeiro lado ou o segundo lado dependendo do caminho da trama), e depois o revestimento em excesso retirado por raspagem com uma lâmina conforme a trama enrola parcialmente em torno de um rolo traseiro. Entretanto outros tipos de revestidor podem ser usados em seu lugar, incluindo mas não limitado ao revestidor de cortina, revestidor de faca de ar, revestidor de bastão, revestidor de película, revestidor residente curto, revestidor por pulverização, e prensa de colagem de película medida.

[0023] Os materiais particulares usados nos revestimentos podem ser selecionados de acordo com as propriedades desejadas do papelão acabado. Por exemplo, a um lado, por exemplo, C1 pode(m) ser dado(s) revestimento(s) que forneça(m) imprimibilidade desejada, enquanto que ao outro lado, por exemplo, C2 pode(m) ser dado(s) revestimento(s) de barreira que forneça(m) resistência a óleo e graxa (OGR). O revestimento de imprimibilidade pode ser aplicado antes do revestimento OGR, ou, o revestimento OGR pode ser aplicado antes do revestimento de imprimibilidade.

[0024] Seguindo os revestidores, pode haver equipamento adicional para outro processamento tal como alisamento adicional, por exemplo calandramento brilhante. Finalmente, a trama é firmemente enrolada sobre uma bobina 570.

[0025] O processo geral de fabricação de papel e revestimento tendo sido esboçado em um nível alto na descrição precedente e com as Figuras 1-4, nós agora nos dirigimos aos revestimentos da presente invenção. Os revestimentos de barreira aquosa típicos frequentemente usam polímero(s) especializados, cera, e/ou um nível superior de aglutinante polimérico (comparado aos revestimentos de impressão convencionais). Estes revestimentos podem causar problemas na repolpabilidade do papelão revestido porque os revestimentos são usualmente difíceis de desagregação até um tamanho aceitável ou tendem a formar ‘depósitos de substância pegajosa’ na fabricação de papelão com as fibras recicladas. Devido ao alto conteúdo de aglutinante de polímero sintético no revestimento, é extremamente desafiador para cada um dos componentes orgânicos individuais no revestimento atingir a exigência de <1% de composição não biodegradável do padrão de compostabilidade da ASTM D6868-11.

[0026] Além disso, muitos revestimentos de barreira dão ao papelão uma tendência para ‘bloqueio’ (as camadas grudam entre si) nas bobinas 570, 571, 572, 573 ou depois que o mesmo é novamente enrolado em rolos. Particularmente na bobina 570, pode haver calor residual dos secadores, que pode se dissipar muito lentamente por causa da massa grande da bobina. Temperaturas mais altas podem aumentar a tendência para obstrução.

[0027] É conhecido que o papelão revestido com revestimentos de imprimibilidade convencionais usualmente não bloqueiam, e de modo usual é totalmente repolpável. Seria vantajoso se os revestimentos não obstruíveis e totalmente repolpáveis também provessem pelo menos algum grau de propriedades de barreira. Entretanto, os revestimentos de imprimibilidade convencionais não provêem propriedades de barreira satisfatórias. As suas formulações têm níveis relativamente baixos de aglutinante de modo a absorver de preferência fluido repelente (tinta de impressão, por exemplo).

[0028] As quantidades aglutinantes nos revestimentos de imprimibilidade convencionais podem variar de 15 a 25 partes por 100 partes de pigmento em peso para revestimentos base, e 10 a 20 partes por 100 partes de pigmento em peso para revestimentos de topo. Os graus de impressão tenderiam estar na metade inferior destas faixas. Limitando a quantidade de aglutinante no revestimento de topo pode permitir tintas de impressão ou adesivos para absorver prontamente no revestimento de imprimibilidade. Simplesmente aumentar o aglutinante para melhorar as propriedades de barreira eventualmente interfere com a imprimibilidade e causa problemas adicionais, incluindo problemas de obstrução e repolpabilidade.

[0029] Problemas de obstrução e repolpabilidade similares existem com muitos revestimentos de barreira aquosa que usam polímero(s) especializado(s) e/ou um nível superior de aglutinante polimérico (comparado aos revestimentos de imprimibilidade), com o efeito nocivo que o papelão revestido não é completamente reciclável e tende a bloquear em temperatura ou pressão elevadas.

[0030] Ao contrário, os revestimentos inventivos divulgados no presente pedido fornecem repolpagem fácil, atingem as exigências composicionais para o padrão de compostabilidade da ASTM, não bloqueiam em temperatura e pressão elevadas, e mostram boas propriedades de barreira, enquanto se usa pigmentos convencionais e aglutinantes sintéticos e naturais que são baratos e prontamente disponíveis como materiais de revestimento para a indústria de papel ou papelão.

[0031] Pigmentos convencionais são usados na presente invenção e podem incluir, mas não são limitados a: argila caulim, carbonato de cálcio, etc. Os pigmentos usados nos exemplos aqui são dados nas seguintes designações ‘abreviadas’: “Argila-1” argila caulim, por exemplo, uma argila ultrafina No. 1 “Argila-2” argila em camadas (do inglês, platy clay) com razão de aspecto alta “CaCO3-1” carbonato de cálcio moído grosso (tamanho de partícula 60% < 2 μm)

[0032] Os aglutinantes de polímero sintético podem incluir, mas não são limitados a: copolímero de estireno acrilato (SA), acetato de polivinila (PVAc), e copolímero de estireno-butadieno (SB), etc. Os aglutinantes naturais podem incluir, mas não são limitados a, amido, alginato, proteína, etc. O aglutinante de estireno acrilato convencional (SA, PHOPLEX® C-340, disponível da Dow Chemical Company), aglutinante de polímero acrílico (Basonal® X400AL, disponível da BASF Corporation), aglutinante de amido (Pen-cote® D UHV, disponível da Ingredion Incorporated), ou uma mistura de Pen-cote® D com SA ou Basonal®, são usados nos exemplos aqui descritos. Os benefícios de usar Pen-cote® D incluem ser diretamente dispersível na formulação, aumentar os sólidos da formulação de revestimento, e possivelmente ser capaz de eliminar outros espessantes. A escolha de aglutinante nos exemplos não é intencionado a ser limitante de nenhum modo.

[0033] Os revestimentos incluindo revestimentos de controle na presente invenção foram preparados de acordo com as formulações mostradas na Tabela 1, que provê uma lista de constituintes principais em partes secas das formulações de revestimento aquoso (C - Controle, CF -Formulação Compostável) usadas para se obter a resistência a óleo e graxa, e para atingir as exigências de composição para o padrão de compostabilidade ASTM, sem problemas de obstrução ou repolpabilidade. Os resultados de teste são mostrados nas Tabelas 3 e 4.

[0034] Substancialmente nenhum produto fluoroquímico foi usado nos revestimentos. Por “substancialmente nenhum produto fluoroquímico” é intencionado que produtos fluoroquímicos não foram deliberadamente utilizados, e que qualquer quantidade presente teria sido no máximo quantidades traço. Embora produtos fluoroquímicos possam ser excluídos nos experimentos de laboratório, quantidades traço de tais materiais estariam presentes em alguns sistemas de máquina de papel devido à fabricação de vários graus de produto, ou seriam introduzidos em um sistema de fabricação de papel através dos processos de reciclagem. Igualmente, substancialmente nenhuma cera foi usada nos revestimentos.

[0035] A razão total de aglutinante para pigmento (partes de aglutinante, em peso, para 100 partes de pigmento) das formulações mostradas na Tabela 1 varia de 30 a 35. Isto é maior do que a razão de aglutinante para pigmento para revestimentos de imprimibilidade típicos (onde a absorção rápida de tinta é desejada) e menor do que a razão de aglutinante para pigmento de revestimentos de barreira típicos. Assim, parece que uma razão de aglutinante para pigmento eficaz pode ser de cerca de 25 a cerca de 40 partes de aglutinante por 100 partes de pigmento (em peso), ou de 30 a 35 partes de aglutinante por 100 partes de pigmento. Entretanto, talvez resultados aceitáveis (bom teste no kit 3M, nenhuma obstrução, e boa repolpabilidade) seriam obtidos com uma faixa levemente maior. Misturando amido (tal como Pen-cote® D), um material biodegradável natural, na formulação ajuda a atingir a exigência de <1% de composição não biodegradável para o padrão de compostabilidade da ASTM enquanto mantém o desempenho de barreira. O amido Pen-cote® D foi adicionado em até 5 partes nas formulações finais.

[0036] As amostras de papelão foram fabricadas usando substrato de sulfato branqueado sólido (SBS) com um calibre de 18 pt. (0,018” (457 μm)). As amostras foram revestidas em um lado (aqui chamado de “lado da barreira”) usando um revestidor de lâmina piloto com um revestimento de uma camada. Os resultados pilotos são esperados ser representativos de resultados que seriam obtidos em uma máquina de produção de papel ou um revestidor de produção autônomo.

[0037] A resistência a óleo e graxa (OGR) das amostras foi medida no ‘lado da barreira’ pelo teste do kit 3M (TAPPI Standard T559 cm-02). Com este teste, as classificações são de 1 (a resistência mínima a óleo e graxa) até 12 (resistência excelente à penetração de óleo e graxa). Os resultados aqui deram níveis no kit 3M entre 1 e 6 (ver a Tabela 3). Os valores mais altos foram obtidos com os pesos de revestimento mais altos para cada formulação específica. Mais interessantemente, é descoberto que aglutinante Basonal® por si só (formulação C2) realiza melhor no nível de kit 3M do que o aglutinante SA (formulação C1) em pesos de revestimento comparáveis (ver a Tabela 3); além disso, a mistura do amido Pen-cote® D com Basonal® (CF1-3) mantém o desempenho no nível do kit 3M como usando Basonal® propriamente dito em peso de revestimento comparável ou levemente mais alto, enquanto atinge a exigência de <1% de composição não biodegradável para o padrão de compostabilidade ASTM. Especialmente, um nível de kit 3M de 4 5 (adequado para a maioria das embalagens de serviço alimentício) é obtido enquanto atinge o padrão de compostabilidade.

[0038] Além do teste do kit 3M, a absorvência de óleo (óleo Cobb) foi usada para quantificar e comparar o desempenho OGR (resistência a óleo e graxa), que mede a massa de óleo absorvida em um tempo específico, por exemplo, 30 minutos, por 1 metro quadrado de papelão revestido. Para cada condição testada, a amostra foi cortada para prover dois pedaços quadrados de 6 polegadas x 6 polegadas (15 cm x 15 cm) cada um. Cada amostra quadrada foi pesada exatamente antes do teste. Depois um quadrado de 4 polegadas x 4 polegadas (área de 16 polegadas quadradas ou 0,0103 metros quadrados) de papel mata-borrão saturado com óleo de amendoim foi colocado no centro de espécime de teste (lado da barreira) e prensado suavemente para garantir que a área total de papel mata-borrão oleoso estivesse em contato com a superfície revestida. Depois de 30 minutos como monitorado por um cronômetro, o papel mata-borrão oleoso foi suavemente removido usando pinças, e a quantidade em excesso de óleo foi enxugada da superfície revestida usando toalhas de papel (Kimwipes®). Depois o espécime de teste foi novamente pesado. A diferença de peso em gramas antes e depois do teste dividido pela área de teste de 0,0103 metros quadrados deu o valor de óleo Cobb em gramas/metro quadrado.

[0039] Como os resultados de óleo Cobb mostrados na Tabela 3, todas as formulações (CF1-4) contendo Basonal® e amido Pen-cote® D apresentaram o valor de óleo Cobb similar ou melhorado (mais baixo) comparado com ambas as formulações de controle (C1 ou C2), enquanto todas delas atingiram padrão de compostabilidade ASTM. Isto confirmou os resultados do kit 3M; e mais interessantemente, embora CF4 em um peso de revestimento 11,3 lb/3msf (55 kg/3000 m2) apresentasse um nível de kit 3M de 3,8, a mesma desempenhou muito bem na retenção de óleo real mostrando um óleo Cobb de 4,9 g/m2 em 30 minutos (Tabela 3)

[0040] A resistência à umidade do revestimentos foi avaliada pela WVTR (taxa de transmissão de vapor d'agua a 38°C e 90% de umidade relativa; TAPPI Standard T464 OM-12) e água Cobb (TAPPI Standard T441 om-04). Todas as formulações (CF1-4, Tabela 3) contendo Basonal® e amido Pen cote® D apresentaram valores de água Cobb e WVTR similares comparadas com ambas as formulações de controle (C1 ou C2), enquanto todas delas atingiram o padrão de compostabilidade ASTM.

[0041] O comportamento de obstrução das amostras foi testado avaliando-se a adesão entre o lado revestido com barreira e o outro lado não revestido. Uma ilustração simplificada do teste de obstrução é mostrada na FIG. 5. O papelão foi cortado em amostras quadradas de 2” x 2” (5 x 5 cm). Diversas duplicatas foram testadas para cada condição, com cada duplicata avaliando a obstrução entre um par de amostras 752, 754. (Por exemplo, se quatro duplicatas foram testadas, quatro pares - oito pedaços - seriam usados). Cada par foi posicionado com o lado ‘revestido com barreira’ de um pedaço 752 contatando o lado não revestido do outro pedaço 754. Os pares foram colocados em uma pilha 750 com um espaçador 756 entre pares adjacentes, o espaçador sendo folha metálica, papel de liberação, ou ainda papel de copiadora. A pilha de amostra inteira foi colocada no dispositivo de teste 700 ilustrado na FIG. 5.

[0042] O dispositivo de teste 700 inclui uma armação 710. Um botão de ajuste 712 é ligado a um parafuso 714 que é rosqueado através do topo da armação 716. A extremidade inferior do parafuso 714 é ligada a uma placa 718 que sustenta uma mola espiral forte 720. A extremidade inferior da mola 720 sustenta uma placa 722 cuja superfície inferior 724 tem uma área de uma polegada quadrada (6,5 cm2). Uma escala 726 permite que o usuário leia a força aplicada (que é igual à pressão aplicada à pilha de amostras através da superfície inferior de uma polegada quadrada (6,5 cm2) 724).

[0043] A pilha 750 de amostras é colocada entre a superfície inferior 724 e o fundo da armação 728. O botão 712 é apertado até que a escala 726 leia a força desejada de 100 lbf (100 psi (690 kPa) aplicada às amostras). O dispositivo 700 inteiro incluindo as amostras é depois colocado em uma estufa a 50°C durante 24 horas. O dispositivo 700 é depois removido do ambiente de teste e esfriado até a temperatura ambiente. A pressão é então aliviada e as amostras removidas do dispositivo.

[0044] As amostras foram avaliadas quanto à pegajosidade e obstrução pela separação de cada par de folhas de papelão. Os resultados foram relatados como mostrado na Tabela 2, com uma classificação de 0 indicando nenhuma tendência à obstrução.

[0045] O dano de obstrução é visível como rasgo da fibra, que, se presente usualmente, ocorre com as fibras levantando da superfície que não de barreira das amostras 754. Se a superfície que não de barreira foi revestida com um revestimento de impressão, então a obstrução também seria evidenciada pelo dano ao revestimento de impressão.

[0046] Por exemplo, como simbolicamente representado na FIG. 5, as amostras 752(0)/754(0) seriam representativas de uma obstrução “0” (nenhuma obstrução). O formato circular nas amostras indica uma área aproximada que estava sob pressão, por exemplo cerca de uma polegadas quadrada (6,5 cm2) da amostra global. As amostras 752(3)/754(3) seriam representativas de uma classificação de obstrução “3”, com até 25% de rasgo de fibra na área que estava sob pressão, particularmente na superfície não revestida da amostra 754(3). As amostras 752(4)/754(4) seriam representativas de uma classificação de obstrução “4” com mais do que 25% de rasgo de fibra, particularmente na superfície não revestida de amostra 754(4). As representações na FIG. 5 são apenas intencionadas a sugerir aproximadamente o dano percentual para tais amostras de teste, ao invés de mostrar uma aparência realística das amostras.

[0047] A repolpabilidade foi testada usando um repolpador AMC Maelstom. 110 gramas de papelão revestido, cortado em quadrados de 1”x1” (2,5x2,5 cm), foram adicionados ao repolpador contendo 2895 gramas de água (pH de 6,5±0,5, 50°C), embebido durante 15 minutos, e depois repolpados durante 30 minutos. 300 mL da pasta fluida repolpada foi depois triado através de uma Peneira Vibratória Plana (0,006” (152 μm) de tamanho de abertura). Os rejeitos (capturados pela tela) e fibra acolhidos foram coletados, secados e pesados. A porcentagem de acolhidos foi calculada com base nos pesos de acolhidos e rejeitos, com 100% sendo repolpabilidade completa.

[0048] Como um exemplo de repolpabilidade insuficiente, papelão SBS revestido com polietileno de baixa densidade (LDPE) em um peso de revestimento de 7 a 11 lbs por 3000ft2 (34,4 a 53,8 kg/3000 m2) foi testado e deu fibra acolhida em uma faixa de 91 a 97%. (Uma porcentagem de fibra acolhida próxima de 100% é desejada). Papelão revestido com polietileno não facilmente repolpável e reciclável.

[0049] Várias formulações de revestimento mostradas na Tabela 1 foram aplicadas como camadas únicas sobre um substrato de papelão, usando uma faixa de peso de revestimentos, e os resultados são mostrados na Tabela 3 incluindo repolpabilidade e compostabilidade. Todas das amostras foram totalmente repolpável. Como quanto à compostabilidade, como observado nas primeiras duas colunas da Tabela 3, papelão C1 com revestimento usando um aglutinante de estireno acrilato puro (SA) não atingiu a definição de compostável em pesos de revestimento de 9 a 10 libras (4 a 4,5 kg). Além disso, estas amostras C1 bloquearam levemente, ao passo que as outras amostras não. As duas colunas seguintes mostram que o papelão C2 com revestimento usando um aglutinante Basonal® X 400 AL (fabricado pela BASF Corporation) atingem a definição de compostabilidade em um peso de revestimento de 8 libras (3,6 kg), mas não em um peso de revestimento de 9 libras (4 kg). As últimas quatro colunas (papelão CF1, CF2, CF3, CF4) são para revestimentos misturando o aglutinante Basonal® com Pen-cote® D, um amido modificado pela Ingredion Incorporated. Estes papelões todos atingem a definição de compostabilidade.

[0050] Também incluídos na Tabela 3 estão as medições de Lustro, Brilho, Brancura, e Cor L-a-b. O lustro foi medido em um Glossímetro Technidyne Modelo T 480A de acordo com padrão TAPPI T480. (GE) O brilho foi medido em um medidor de brilho Technidyne Brightimeter Micro S-5 de acordo com o padrão TAPPI T452. (CIE) A brancura foi medida em um medidor de brilho Technidyne Micro S-5 de acordo com o padrão TAPPI T562. A cor L-a-b foi medida no medidor de brilho Technidyne Micro S-5 de acordo com o padrão TAPPI T524. O uso de aglutinante Basonal® ou uma mistura de aglutinante Basonal® com amido Pen-cote® D mostrou lustro similar ou levemente superior do revestimento do que usando aglutinante SA, mas com brilho e brancura levemente mais baixos e valor de cor b levemente mais alto. As propriedades de barreira são o foco dos revestimentos inventivos, entretanto, se houver uma necessidade de ajustar a cor ou tom, corantes compatíveis ao contato com alimento podem ser usados nas formulações.

[0051] Um outro experimento foi feito aplicando-se a formulação CF3 em duas passagens em um revestidor de lâmina, com o peso de revestimento da primeira camada de 5,7 lb/3msf (28 kg/3000 m2) e o peso de revestimento da segunda camada de 3,0 lb/3msf (15 kg/3000 m2), resultando um peso de revestimento total de apenas 8,7 lb/3msf (42 kg/3000 m2), que atingiu a exigência composicional quanto ao padrão de compostabilidade e apresentou um valor de kit 3M de 6,0. Como mostrado na Tabela 4, um nível de kit de 5,2 foi obtido quando uma única camada de CF3 foi aplicada com um peso de revestimento mais alto de 9,7 lb/3msf (47 kg/3000 m2). Estes resultados demonstraram que propriedades de barreira realçadas podem ser obtidas com duas passagens das formulações de barreira.

[0052] O aglutinante Basonal® X 400 AL fabricado pela BASF Corporation contém cerca de 30% de componente polimérico natural. Um componente polimérico natural se refere a um crescido e encontrado na natureza, que por exemplo, pode ser qualquer proteína ou polissacarídeo ou seus derivados. A ideia de usar o aglutinante Basonal® X 400 AL junto com algum polímero natural adicional (tal como amido) na presente invenção foi que o componente natural no aglutinante Basonal® promoveria a compatibilidade do amido adicional com o aglutinante Basonal®. A compatibilidade dos diferentes ingredientes é importante para um revestimento de barreira. Para provar o conceito, testes adicionais foram conduzidos como mostrado na Tabela 4 para comparar aglutinante SA (PHOPLEX® C-340 da Dow Chemical Company usado nos exemplos) e Basonal® X 400 AL (da BASF Corporation), ambos incluindo amido Pen cote® D nas formulações em uma mesma razão de mistura. Todas as amostras foram totalmente repolpáveis e não obstrutivas. Quanto à compostabilidade, como observado nas primeiras três colunas da Tabela 4, o papelão C3 com revestimento usando um aglutinante de estireno acrilato (SA) / Pen-cote® D não atingiu a definição de compostabilidade nos pesos de revestimento de 8 a 12 libras (3,6 a 5,4 kg). As três colunas seguintes mostram que o papelão CF3 com revestimento usando um aglutinante Basonal® e Pen-cote® D atingiu a definição de compostabilidade em um peso de revestimento de 8,0 e 9,7 libras (3,6 a 4,4 kg), mas não em um peso de revestimento alto de 10,8 libras (4,9 kg). Mais interessantemente, os revestimentos CF3 (Basonal® + Pen-cote® D) tiveram melhor OGR e desempenho de barreira de vapor úmido, em outras palavras, kit 3M mais alto e valores de Óleo Cobb mais baixo, valores de WVTR mais baixos, e valores de água aproximadamente iguais, comparados aos revestimentos C3 (SA + Pen-cote® D). As Tabelas 3 e 4 assim mostram que o uso combinado de amido especializado Pen-cote® D com aglutinante Basonal® provê desempenho de barreira melhorada, especialmente, obtendo um nível de kit 3M de 5+, embora atinja o padrão de compostabilidade, sendo totalmente repolpável, e não tendo problemas de obstrução.

[0053] Como um outro modo para visualizar os resultados de teste, os dados foram plotados como mostrado nas FIGs. 6 e 7. Alguns dos dados nos gráficos se originam das Tabelas 3 e 4. Outros dados também são incluídos. A FIG. 6 mostra nível de kit 3M vs. peso de revestimento. O valor de kit geralmente aumenta (melhora) conforme o peso de revestimento aumenta. Nenhuma das amostras de controle (usando aglutinante SA) foi compostável na faixa de peso de revestimento de 6 a 12 lbs / 3msf (29 a 58 kg/3000 m2). As amostras (CF2 e CF3) usando 35 partes de aglutinante Basonal® X400AL mais amido Pen-cote® D (combinados) foram compostáveis exceto nos pesos de revestimento mais altos (10,2 lbs (49 kg/3000 m2) para CF2 e 10,8 lbs /3msf (52 kg/3000 m2) para CF3) e deram valores de kit iguais a ou melhores (mais altas) do que a amostra SA de controle em peso de revestimento comparável. As amostras usando 30 partes de Basonal® e Pen-Cote® D (combinados) foram todas compostáveis (pelo menos até 11,5 lbs / 3msf (56 kg/3000 m2)), embora seus valores de kit tendessem a ser mais baixos do que o controle e as outras amostras.

[0054] A FIG. 7 mostra óleo Cobb vs. peso de revestimento para as amostras selecionadas como na FIG. 6. O óleo Cob geralmente diminui (melhora) conforme o peso de revestimento aumenta. A compostabilidade (ou falta da mesma) já foi descrita. As amostras de teste usando Basonal® e Pen-cote® D (combinados) deram testes de óleo Cobb iguais ou melhores (mais baixos) do que as amostras de teste usando aglutinante de estireno-acrilato. Mais interessantemente, para as amostras com um total de 30 partes de aglutinante (25 partes de Basonal® e 5 partes de Pen- cote® D), embora os valores do kit 3M fossem mais baixos do que as outras formulações com 35 partes totais de aglutinante (como na FIG. 6), os valores de óleo Cobb foram ainda similares ou melhores do que a amostra de controle C1 com 35 partes de aglutinante SA puro. Isto mais uma vez prova o efeito sinergístico de Basonal® com amido Pen-cote® D.

[0055] Em resumo, os resultados mostram que o papelão compostável com repolpabilidade total e resistência graxa moderada é obtido substituindo-se aglutinantes padrão (tais como estireno acrilato) com um aglutinante tal como Basonal® X400AL em combinação com pequenas quantidades de amido especializado Pen-cote® D. O produto de papelão atinge as exigências composicionais do padrão de compostabilidade ASTM, pelo menos para os papelões de calibre 12 pt. e mais altos. O padrão de compostabilidade envolve cálculos de quanto de cada constituinte orgânico não biodegradável é usado no produto. É levantada a hipótese de que ajustando-se o revestimento, ou o peso base do papelão, a compostabilidade de acordo com o padrão ASTM poderia ser obtido com calibres um tanto mais baixos, tais como 10 pt. (0,010” (254 μm)).

[0056] Os testes descritos acima usaram um revestidor de lâmina para aplicar revestimento. Como anteriormente debatido, vários tipos de dispositivos de revestimento podem ser usados.

[0057] Uma vez dada a divulgação acima, muitos outros traços, modificações ou melhorias tornar-se-ão evidentes para o técnico habilitado. Tais traços, modificações ou melhorias são, portanto, consideradas ser uma parte desta invenção, o escopo dos quais deve ser determinado pelas seguintes reivindicações.

[0058] Embora certas modalidades da invenção fossem descritas e ilustradas, deve estar evidente que muitas modificações para as modalidades e implementações da invenção podem ser feitas sem divergir do espírito ou escopo da invenção. Deve ser entendido portanto que a invenção não é limitada às modalidades particulares aqui divulgadas (ou evidentes da divulgação), mas apenas limitada pelas reivindicações anexas a esta. TABELA 1. Formulações de Revestimento

TABELA 2. Classificações de Obstrução

TABELA 3. Efeito de Vários Aglutinantes sobre as Propriedades de Revestimento incluindo Compostabilidade

TABELA 4. Biodegradabilidade com SA e Basonal® ( Pen-cote® D adicionado a ambos)

Claims (20)

1. Papelão revestido, compreendendo um substrato de papelão caracterizado pelo fato de que possui um revestimento de barreira em contato com o substrato de papelão, o revestimento de barreira compreendendo aglutinante sintético, aglutinante natural e pigmento, o revestimento de barreira não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; em que a razão de aglutinante para pigmento no revestimento de barreira está entre 25 e 40 partes de aglutinante por 100 partes de pigmento, em peso; em que o papelão revestido tem um calibre de pelo menos 0,010” (254 μm); em que o papelão revestido provê propriedades de barreira para pelo menos um de óleo, graxa, e umidade; e em que o papelão revestido é compostável de acordo com a norma ASTM D6868-11 quanto à compostabilidade.

2. Papelão revestido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido tem um calibre de pelo menos 0,012” (304,8 μm).

3. Papelão revestido de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o substrato de papelão compreende um primeiro lado e um segundo lado, em que o revestimento de barreira está em contato com o primeiro lado do substrato de papelão, em que o revestimento de imprimibilidade está em contato com o segundo lado do substrato de papelão.

4. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a razão de aglutinante para pigmento no revestimento de barreira está entre 30 e 35 partes de aglutinante por 100 partes de pigmento, em peso.

5. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o polímero sintético inclui (i) um componente não biodegradável e (ii) um componente biodegradável natural.

6. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o aglutinante natural compreende ainda (iii) um componente biodegradável natural adicional.

7. Papelão revestido de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o componente biodegradável adicional (iii) é pelo menos um de polissacarídeo e proteína.

8. Papelão revestido de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o componente biodegradável adicional (iii) compreende entre 1 a 7 partes de amido por 100 partes de pigmento, em peso.

9. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o valor de teste pelo kit 3M é pelo menos 3.

10. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido tem um teste de Cobb para óleo de 30 minutos de no máximo 20 gramas por metro quadrado.

11. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido é repolpável até o grau que depois da repolpagem a porcentagem aceita é de pelo menos 99%.

12. Papelão revestido de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a porcentagem aceita é de pelo menos 99,9%.

13. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o peso do revestimento é de 5 a 12 lbs por 3000 pé2 (8,4 a 19,5 g/m2).

14. Papelão revestido de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o revestimento de barreira é aplicado em duas passagens para um peso de revestimento total de 5 a 12 lbs por 3000 pés2 (8,4 a 19,5 m2).

15. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que não tem nenhuma tendência para obstrução depois de ser mantido por 24 horas a 50°C em uma pressão de 100 psi (690 kPa).

16. Papelão revestido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o pigmento compreende pelo menos um de uma argila e carbonato de cálcio.

17. Método de tratar papelão revestido, definido na reivindicação 1, o método caracterizado pelo fato de que compreende: prover um substrato de papelão; aplicar ao substrato de papelão um revestimento de barreira compreendendo aglutinante sintético, aglutinante natural e pigmento, e não contendo substancialmente nenhum produto fluoroquímico ou cera; em que o aglutinante natural compreende amido; em que a razão de aglutinante para pigmento no revestimento de barreira está entre 25 e 40 partes de aglutinante por 100 partes de pigmento, em peso; em que o papelão revestido tem um calibre de pelo menos 0,010” (254 μm); em que o papelão revestido é compostável de acordo com a norma ASTM D6868-11 quanto à compostabilidade; em que o papelão revestido tem um valor de teste pelo kit 3M de pelo menos 3; e em que o papelão revestido é repolpável até o grau que depois da repolpagem a porcentagem aceita é de pelo menos 99%.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o papelão revestido tem um calibre de pelo menos 0,012” (304,8 μm).

19. Método de acordo com as reivindicações 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que o substrato de papelão compreende um primeiro lado e um segundo lado, em que o revestimento de barreira está em contato com o primeiro lado do substrato de papelão, em que o revestimento de imprimibilidade está em contato com o segundo lado do substrato de papelão.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pelo fato de que o revestimento de barreira é aplicado por um dispositivo selecionado do grupo consistido de um revestidor de lâmina, revestidor de cortina, revestidor de faca de ar, revestidor de bastão, revestidor de película, revestidor residente curto, revestidor por pulverização, e prensa de colagem de película medida.

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