BR112019023886A2 - Composição de revestimento de barreira, produto em forma de folha e seu uso - Google Patents

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Abstract

a presente invenção refere-se a uma composição de revestimento de barreira compreendendo 30-70% em peso de copolímero de estireno (met)acrilato, que é polimerizado na presença de um estabilizador e que possui uma temperatura de transição vítrea tg = 20°c, preferivelmente = 10°c, 30-70% em peso de álcool polivinílico e, no máximo, 5,0% em peso de um reticulador, que reage com os grupos ?oh ou ?cooh. a invenção também se refere a um produto similar a uma folha revestido com a referida composição de revestimento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “COMPOSIÇÃO DE REVESTIMENTO DE BARREIRA, PRODUTO EM FORMA DE FOLHA E SEU USO”.
[001] A presente invenção refere-se a uma composição de revestimento de barreira, um produto em forma de folha e a utilização do produto de acordo com os preâmbulos das reivindicações independentes anexas.
[002] Vários revestimentos podem ser aplicados na superfície do papel ou papelão para melhorar suas propriedades. As propriedades de barreira à graxa e de barreira ao vapor de água são particularmente importantes para papel e papelão usados para produtos para fins de embalagem. O revestimento aplicado na superfície do papel ou papelão deve fornecer uma barreira eficaz para vazamentos das mercadorias dentro da embalagem e/ou proteger os produtos embalados da contaminação e/ou contato com a atmosfera circundante. Para materiais de embalagem usados para alimentos e líquidos consumíveis, os requisitos de barreira são especialmente rigorosos.
[003] Os revestimentos para fins de embalagem também devem ter boa resistência a vincos e dobras. O revestimento não deve rachar quando o papel ou o papelão for dobrado em uma caixa ou enrolado em torno do produto. Rachaduras podem diminuir ou até destruir completamente as propriedades de barreira do revestimento.
[004] Além disso, os revestimentos de papel e papelão devem ser resistentes ao bloqueio durante os processos de fabricação e conversão do produto. Se a camada de revestimento amolecer sob alta pressão e alta temperatura, ela pode aderir após rebobinar para a próxima camada no rolo e bloquear todo o rolo quando resfriado. Durante o processo de conversão, o revestimento deve ter propriedades de atrito adequadas, a fim de funcionar sem problemas no processo. O revestimento também deve ter uma capacidade de colagem adequada,
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2/26 que determina a velocidade e a resistência de uma ligação gerada pela aplicação de um adesivo na superfície do revestimento, para ser usado em linhas de embalagem de alta velocidade.
[005] Convencionalmente, fluoroquímicos têm sido utilizados em composições de revestimento para fornecer propriedades de barreira desejadas com resistência a rachaduras. Por razões ambientais, seria desejável encontrar alternativas eficazes para os fluoroquímicos.
[006] Os revestimentos usados para as embalagens também devem atender aos requisitos de reciclagem. Idealmente, as embalagens de papel e papelão são coletadas para reciclagem, ou seja, repolpação. O revestimento aplicado nesses produtos também deve atender aos requisitos de reciclagem e, por exemplo, não deve atrapalhar o processo de repolpação. Os filmes plásticos tradicionais laminados na superfície do papel ou papelão não são necessariamente facilmente repolpáveis. Assim, produtos laminados de papel e papelão geralmente acabam sendo desperdícios de energia, o que é antieconômico em vista dos recursos.
[007] Um objetivo desta invenção é minimizar ou possivelmente eliminar as desvantagens existentes na técnica anterior.
[008] Outro objetivo da presente invenção é fornecer uma composição de revestimento de barreira e um produto em forma de folha que forneça boas propriedades de barreira à graxa e ao vapor de água.
[009] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma composição de revestimento de barreira, que pode ser usada para criar um revestimento que resista a fissuras quando vincado e/ou dobrado.
[0010] Um outro objetivo da presente invenção é fornecer uma composição de revestimento de barreira que seja adequada para o revestimento em altas velocidades de revestimento e tenha boa capacidade de execução.
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[0011] Estes objetivos são atingidos com a invenção tendo as características apresentadas abaixo nas partes caracterizantes das reivindicações independentes. Algumas formas de realização preferidas da invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.
[0012] As modalidades mencionadas neste texto referem-se, quando aplicável, a todos os aspectos da invenção, mesmo que isso nem sempre seja mencionado separadamente.
[0013] A composição típica de revestimento de barreira de acordo com a presente invenção compreende
- 30 - 70% em peso de copolímero de estireno (met)acrilato, que é polimerizado na presença de um estabilizador e que tem uma temperatura de transição vítrea Tg < 20°C, preferivelmente < 10°C,
- 30 - 70% em peso de álcool polivinílico, e
- no máximo 5,0% em peso de um reticulador, que reage com os grupos -OH ou -COOH.
[0014] O produto típico em forma de folha de acordo com o presente compreende
- um substrato compreendendo fibras lignocelulósicas e com uma primeira e segunda grandes superfícies paralelas, e
- uma camada de revestimento de barreira formada a partir de uma composição de revestimento de barreira de acordo com a presente invenção aplicada em pelo menos uma das superfícies do substrato.
[0015] Agora foi surpreendentemente descoberto que a composição de revestimento de barreira de acordo com a invenção fornece boa resistência a rachaduras, mesmo quando o substrato revestido é dobrado durante a fabricação de uma embalagem. A composição de revestimento de barreira também fornece boa barreira contra graxa e/ou umidade quando aplicada na superfície de um substrato compreendendo fibras lignocelulósicas. Além disso, a composição de revesti
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4/26 mento de barreira fornece uma camada de revestimento que mostra uma aderência reduzida às superfícies de revestimento adjacentes quando a tela produzida é enrolada em um rolo ou empilhada como folhas. A composição de revestimento de barreira de acordo com a presente invenção fornece assim, inter alia, propriedades ideais para embalagem e outros fins similares.
[0016] No presente contexto, todos os valores de % em peso dados para os vários componentes na composição de revestimento são calculados a partir do teor total de sólidos secos da composição de revestimento.
[0017] A composição de revestimento de barreira é preparada misturando os componentes individuais da composição em qualquer aparelho de mistura industrial adequado para misturar composições de revestimento para papel e papelão. Geralmente, nenhuma reação de polimerização ocorre entre os componentes após a mistura.
[0018] A composição de revestimento de barreira compreende 3070% em peso de copolímero de estireno (met)acrilato que é polimerizado na presença de um estabilizador e que tem uma temperatura de transição vítrea Tg < 20°C, preferivelmente < 10°C. De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de revestimento de barreira pode compreender 30-70% em peso, preferivelmente 40-65% em peso, mais preferivelmente 45-60% em peso, do copolímero de estireno (met)acrilato. A composição de revestimento de barreira compreende ainda 30-70% em peso de álcool polivinílico, de preferência 35-65% em peso, mais preferivelmente 40-60% em peso, ainda mais preferivelmente 45-60% em peso, de álcool polivinílico. Observou-se que estas quantidades de copolímero de estireno (met)acrilato e álcool polivinílico fornecem boas ou até excelentes propriedades de barreira sem tendência a fissuração. De acordo com uma modalidade da invenção,
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5/26 a proporção de copolímero de estireno (met)acrilato para álcool polivinílico é de 1: 2 a 2 : 1.
[0019] O copolímero de estireno (met)acrilato, adequado para uso na presente invenção, pode ser obtido por copolimerização por emulsão de radicais livres de pelo menos monômero (a), monômero (b) e um monômero opcional (c) na presença de um estabilizador, em que o monômero (a) é pelo menos um estireno opcionalmente substituído e o monômero (b) é pelo menos um C1-C4 alquil (met)acrilato. O copolímero de estireno (met)acrilato pode ter um peso molecular médio ponderado <100 000 g/mol, preferivelmente < 75 000 g/mol.
[0020] De acordo com uma modalidade preferencial, o monômero (a) do copolímero de estireno (met)acrilato é selecionado dentre um grupo que compreende estireno, estirenos substituídos, como ametilestireno, viniltolueno, etilviniltolueno, clorometilestireno e quaisquer misturas dos mesmos. A quantidade de monômero (a) pode ser 0,1 - 75% em peso, preferivelmente 5 - 60% em peso, mais preferivelmente 10 - 55% em peso, calculada a partir do teor total de sólidos secos dos monômeros (a), (b) e opcional (c).
[0021] O monômero adequado (b) do copolímero de estireno (met)acrilato pode ser selecionado do grupo que consiste em acrilatos de C1-C4-alquila; metacrilatos de C1-C4-alquila; ou suas misturas, por exemplo, acrilato de n-butila, iso-butila, terc-butila ou 2-butila e os correspondentes metacrilatos de butila; acrilato de metila, metacrilato de metila, acrilato de etila, metacrilato de etila, acrilato de propila ou metacrilato de propila. De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o monômero (b) é selecionado dentre os (met)acrilatos de butila. Pode compreender, por exemplo, uma mistura de pelo menos dois acrilatos de butila isoméricos. Mais preferivelmente, o componente monomérico (b) é acrilato de n-butila, acrilato de terc-butila ou uma mistura de acrilato de n-butila e acrilato de terc-butila. A quantidade de
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6/26 monômero (b) pode ser de 25 - 99,9% em peso, preferivelmente 30 95% em peso, mais preferivelmente 35 - 90% em peso, calculada a partir do teor total de sólidos secos dos monômeros (a), (b) e opcional (c).
[0022] De acordo com uma modalidade, o copolímero de estireno (met)acrilato também se origina de pelo menos um monômero opcional (c), que é etilenicamente insaturado e diferente dos monômeros (a) e (b). De preferência, o copolímero de estireno (met)acrilato é um copolímero carboxilado, obtido de preferência pela polimerização dos monômeros acima descritos (a) e (b) com o monômero (c), que é selecionado a partir de ácidos carboxílicos, como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacônico, ácido maleico ou ácido estirenossulfônico. O ácido acrílico e o ácido estirenossulfônico estão sendo preferidos como monômero opcional (c). A quantidade do monômero opcional (c) pode ser de 0,1 a 15% em peso, de preferência 0,1 a 10% em peso, mais preferivelmente de 1 a 5% em peso, calculada a partir do teor total de sólidos secos dos monômeros (a), ( b) e (c).
[0023] De acordo com uma modalidade da invenção, o copolímero de estireno (met)acrilato é polimerizado na presença de um estabilizador, que é selecionado a partir de amido degradado ou álcool polivinílico, preferivelmente a partir de amido degradado com peso molecular médio Mn de 500 a 10.000 Da. O amido degradado pode ser obtido submetendo o amido a degradação oxidativa, térmica, ácida, hidrolítica ou enzimática. A degradação oxidativa está sendo atualmente preferida. Hipoclorito, peroxodissulfato, peróxido de hidrogênio ou suas misturas podem ser utilizados como agentes oxidantes. O amido degradado, que é usado na presente invenção, pode ser qualquer amido natural degradado adequado, como batata, arroz, milho, milho ceroso, trigo, cevada ou amido de tapioca. Os amidos com um teor de amilopectina > 80%, preferivelmente > 95%, são vantajosos.
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[0024] A polimerização do copolimero de estireno (met)acrilato pode ser realizada por adição de monômeros descritos acima, individualmente ou em mistura, e iniciador (es) de radicais livres adequados para iniciar a polimerização, na solução estabilizadora aquosa. O processo de polimerização é tipicamente realizado na ausência de oxigênio, de preferência em uma atmosfera de gás inerte, por exemplo, sob nitrogênio. De acordo com uma modalidade da invenção, a quantidade total de monômeros na mistura de reação é de 10 - 92% em peso, preferivelmente 20 - 90% em peso, mais preferivelmente 35 - 88% em peso, calculada a partir do teor total de sólidos secos da mistura de reação. A quantidade de monômeros refere-se aqui à quantidade total de monômeros (a), (b) e opcional (c), que são adicionados à mistura de reação durante o processo de polimerização.
[0025] O copolimero de estireno (met)acrilato pode ter uma temperatura de transição vítrea na faixa de -40 - 20°C, preferivelmente -30 15°C, mais preferivelmente -20 - 10°C, às vezes ainda mais preferivelmente -5 - 10°C. Essas faixas de temperatura de transição vítrea fornecem copolímeros que mostram as propriedades de barreira necessárias, mas são suaves o suficiente para suportar rachaduras quando o substrato é vincado ou dobrado em uma embalagem.
[0026] De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de revestimento de barreira compreende álcool polivinílico que tem um peso molecular < 50 000 g/mol, preferivelmente 13 000 - 50 000 g/mol. Preferivelmente, o álcool polivinílico pode ser pelo menos parcialmente hidrolisado, de preferência com um grau de hidrólise de pelo menos 30%, mais preferivelmente de 85 a 98%. Como álcool polivinílico polimérico solúvel em água, melhora a formação do filme e, portanto, melhora as propriedades de barreira ao vapor de água e ao óleo mineral. Também reduz a tendência de bloqueio.
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[0027] A composição de revestimento de barreira compreende ainda no máximo 5,0% em peso, preferivelmente no máximo 3,0% em peso, de um reticulador, que reage com os grupos -OH ou -COOH. De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de revestimento de barreira pode compreender reticulador na quantidade de 0,1 - 5% em peso, preferivelmente 0,1 - 4% em peso, mais preferivelmente 0,5 - 3% em peso. O reticulador é de preferência selecionado a partir de carbonato de zircônio de amônio, carbonato de zircônio de potássio, glioxal ou ácido cítrico. Os reticuladores tornam a camada de revestimento menos sensível à água, por exemplo, reduzindo o número de grupos finais disponíveis para reações com água. O reticulador também pode melhorar as propriedades de repolpagem do revestimento final produzido.
[0028] De acordo com uma modalidade da invenção, a camada de revestimento de barreira também pode compreender plastificante na quantidade de 0,1 - 15% em peso, preferivelmente 1 - 10% em peso, mais preferivelmente 2 - 7,5% em peso. O plastificante pode ser selecionado a partir de polietileno glicóis, sorbitol e glicerol. O plastificante pode melhorar as propriedades de dobragem da camada de revestimento, reduzindo a tendência de rachaduras da camada de revestimento.
[0029] A composição de revestimento de barreira pode compreender um espessante natural ou sintético. O espessante sintético pode ser selecionado a partir de um grupo que compreende espessantes sintéticos acionados por pH, como espessantes de emulsão solúveis/dilatáveis alcalina (ASE) e espessantes de emulsão solúvel alcalina (HASE) modificados hidrofobicamente. Os espessantes naturais podem ser selecionados de carboximetilcelulose, goma xantana, goma guar ou goma arábica. Os espessantes melhoram a capacidade de execução da cor do revestimento, especialmente em altas velocidades
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9/26 de revestimento. A composição de revestimento de barreira pode compreender espessante em quantidade de 0,1 - 5% em peso, preferivelmente 0,1 - 2% em peso, mais preferivelmente 0,1 - 1% em peso.
[0030] De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de revestimento de barreira compreende partículas minerais inorgânicas. As partículas minerais podem ser selecionadas a partir de carbonato de cálcio, como carbonato de cálcio moído e carbonato de cálcio precipitado, talco e caulim. De acordo com uma modalidade preferida, a composição de revestimento de barreira compreende partículas minerais inorgânicas de carbonato de cálcio moído. Tipicamente, a quantidade de partículas minerais inorgânicas na composição de revestimento de barreira é < 30% em peso, preferivelmente < 27% em peso, mais preferivelmente < 25% em peso, às vezes até < 20% em peso. A quantidade de partículas minerais pode estar, por exemplo, na faixa de 0,1 - 30% em peso, preferivelmente 0,1 - 27% em peso, preferivelmente 0,1 - 25% em peso. A adição de partículas minerais é vantajosa ao revestir substratos porosos, como papel de base ou papelão não dimensionado.
[0031] De acordo com uma modalidade, a composição de revestimento de barreira pode compreender partículas minerais de platina inorgânica. No presente contexto, o mineral platina é entendido como um mineral inorgânico, cujas partículas têm um fator de forma > 10. Exemplos típicos de partículas minerais de platina inorgânica são o caulim, o talco e qualquer uma de suas misturas. Tipicamente, a quantidade de partículas minerais de platina inorgânica na composição de revestimento de barreira é de 0,1 - 10% em peso, de preferência 0,1 5% em peso.
[0032] De acordo com outra modalidade preferida da presente invenção, a composição de revestimento de barreira está livre de partículas de pigmentos minerais inorgânicos.
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[0033] A camada de revestimento de barreira na superfície do substrato pode ter um peso máximo de < 12 g/m2, preferivelmente < 10 g/m2, às vezes até < 5 g/m2. De acordo com uma modalidade, a camada de revestimento de barreira pode ter um peso de 0,5 - 12 g/m2, preferivelmente 0,5 - 10 g/m2, às vezes 0,5 - 10 g/m2. De preferência, o peso da camada de revestimento é o menor possível, proporcionando uma boa formação de filme e propriedades de barreira.
[0034] O substrato que é revestido com a composição de revestimento de barreira é preferivelmente um substrato compreendendo fibras lignocelulósicas. As fibras lignocelulósicas podem ter sido obtidas por qualquer processo de polpa convencional, incluindo processos químicos, mecânicos, quimi-mecânicos. As fibras lignocelulósicas também podem ser fibras recicladas. O substrato tem uma primeira e uma segunda grande superfície paralela e geralmente está na forma de uma teia fibrosa. O substrato pode ter uma gramatura de 25 - 800 g/m2, preferivelmente 30 - 700 g/m2, mais preferivelmente 40 - 500 g/m2.
[0035] A composição de revestimento de barreira pode ser aplicada em pelo menos uma das grandes superfícies do substrato usando quaisquer técnicas de revestimento convencionais, tais como revestimento de haste, revestimento de lâmina, revestimento por spray ou revestimento de cortina.
[0036] De acordo com uma modalidade preferível, especialmente quando a composição de revestimento de barreira usada está isenta de partículas minerais inorgânicas, o produto revestido obtido tem um valor de teste TAPPI 559 KIT de pelo menos 8, preferivelmente 10, mais preferivelmente 12. O valor do teste KIT mede a repelência do revestimento em óleo e graxa e as medições são realizadas de acordo com o método TAPPI padrão T-559 pm-96.
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[0037] De acordo com uma modalidade preferível, o produto revestido obtido tem um valor de HVTR de barreira de óleo mineral <100 g/m2/d. O valor da Taxa de Transmissão de Vapor de Hexano usado (HVTR) é obtido usando o método teste de copo desenvolvido pela BASF. No teste, o hexano é colocado em um copo de medição coberto por uma amostra de barreira e a evaporação do hexano através da área conhecida é medida. O método teste é comumente conhecido pelas pessoas versadas na técnica.
[0038] De acordo com uma modalidade preferida, o produto revestido obtido possui uma barreira de vapor d'água a 23°C e valor WVTR de umidade relativa de 50% <100 g/m2/d. O valor WVTR pode ser medido usando métodos padrão da ASTM F-1249, ISO 15105-2, ISO 15106-3, DIN 53122-2.
[0039] O produto pode ser usado para fazer uma embalagem de alimentos ou para embalagens de líquidos. Exemplos típicos de pacotes de serviços de alimentos são pacotes de fast food, refeições prontas, sanduíches, produtos de panificação, como biscoitos, rosquinhas ou similares.
EXPERIMENTAL
[0040] Os exemplos de referência 1 - 3 e os exemplos 1 - 7 fornecem resultados para revestimento de barreira sem adição de pigmento.
[0041] O Exemplo de Referência 4 e os Exemplos 8-12 usam papelão reciclado como substrato. Estes exemplos fornecem informações sobre revestimentos de barreira contendo partículas minerais inorgânicas.
[0042] O aglutinante de barreira usado tinha temperatura de transição vítrea de 10°C. Os testes foram realizados em papelão reciclado, com peso base de 295 g/m2.
[0043] Em todos os exemplos, o revestimento foi realizado usando um revestidor de rebaixamento de controle K e diferentes hastes de
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12/26 enrolamento. O peso do revestimento foi determinado ponderando as amostras revestidas e os papéis de base não revestidos e o peso do revestimento foi obtido pela diferença de peso. Os testes de vincagem foram realizados com a unidade Cyklos CPM 450. Vincar e dobrar foi feito na máquina e nas direções cruzadas. O teste de coloração foi realizado para as amostras vincadas usando vermelho de metila dissolvido em etanol. Para dobrar, o rolo Cobb foi usado para fornecer uma pressão uniforme de dobragem.
[0044] A resistência à água foi testada usando o teste Cobb300. As propriedades de barreira ao vapor de água foram medidas usando o instrumento Systech Permeation Analyzers M7002. A taxa de transmissão de vapor de hexano foi determinada usando um método de copo. 20 gramas de hexano foram colocados em um copo de metal. A amostra de barreira foi colocada no topo do copo entre duas juntas, com o lado revestido para baixo. Armação de metal foi usada para apertar a amostra no copo. A perda de peso foi registrada por 24 horas.
[0045] Os testes de bloqueio foram realizados à temperatura de 40QC e pressão de 150 bar por quatro horas. A amostra revestida por barreira foi colocada contra o revestimento lateral superior. A escala usada para bloquear os resultados dos testes é a seguinte: Escala de teste de bloqueio:
= As tiras de amostra não aderiram juntas = Houve um ruído ao separar as tiras = Defeitos de revestimento <50% da área de contato = Defeitos de revestimento 50% da área de contato = Delaminação do papel base
Exemplo de Referência 1
[0046] O substrato usado foi de 240 g/m2 de papelão dobrável. O revestimento de barreira foi aplicado no lado não revestido do substra
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13/26 to usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro do fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A cor do revestimento usada foi um aglutinante de acrilato de estireno a 100% com temperatura de transição vítrea de 10°C.
[0047] Teste de conversão simples foi realizado para as amostras revestidas. O teste incluiu vincagem da amostra usando a unidade de vincagem e perfuração Cyklos CPM 450, e dobra usando o rolo Cobb para pressionar a dobra em pressão constante. A vincagem ou dobra foram feitas nas direções da máquina e da cruz. O teste de coloração foi realizado para as amostras dobradas usando vermelho de metila dissolvido em etanol. As propriedades de barreira ao vapor de água foram medidas usando o instrumento Systech Permeation Analyzers M7002. As propriedades de barreira à graxa foram testadas usando o teste KIT (método TAPPI T-559 pm-96). A taxa de transmissão do vapor de hexano foi determinada usando um método teste de copo desenvolvido pela BASF.
[0048] Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1. O resultado visual da amostra vincada e corada é apresentado na Figura 1. Tabela 1 Resultados obtidos para o Exemplo de Referência 1
Propriedade de revestimento Referência 1
Peso do revestimento (g/m2) 12,0
HVTR (g/m2*d) 556
Exemplo de Referência 2
[0049] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade de revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada com secador IR por 60 s.
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A cor do revestimento utilizada foi de álcool polivinílico 100 % (Poval 698). O peso do revestimento foi de 6,2 g/m2.
[0050] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0051] O resultado visual da amostra vincadas e coradas é apresentado na Figura 2.
Exemplo de Referência 3
[0052] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 μιτι. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor do revestimento usada é mostrada na Tabela 2. O peso do revestimento foi de 4,79 g/m2.
Tabela 2 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Referência 3.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 5°C 87,3
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 10
Espessante, goma xantana 0,2
[0053] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0054] O resultado visual da amostra vincadas e coradas é apresentado na Figura 3.
Exemplo de Revestimento 1
[0055] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revesti
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15/26 mento (3) com diâmetro de fio de 24 μιτι. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor do revestimento usada é mostrada na Tabela 3. O peso do revestimento foi de 5,8 g/m2.
Tabela 3 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 1.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 5 °C 30
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 67,3
Espessante, goma xantana 0,2
[0056] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0057] O resultado visual da amostra vincada e corada é apresentado na Figura 4. O substrato revestido obtido apresentava um valor de barreira ao óleo mineral, valor de HVTR de 10 g/m2*de um valor de KIT 12.
Exemplo de Revestimento 2
[0058] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor do revestimento usada é mostrada na Tabela 4. O peso do revestimento foi de 5,7 g/m2.
Tabela 4 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 2.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg 67,3
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= 5°C
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 30
Espessante, goma xantana 0,2
[0059] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0060] O resultado visual da amostra vincadas e coradas é apresentado na Figura 5.
Exemplo de Revestimento 3
[0061] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 μιτι. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor do revestimento usada é mostrada na Tabela 5. O peso do revestimento foi de 6,0 g/m2.
Tabela 5 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 3.
Quantidade (%)
Aglutinante, Copolímero de acrilato de estireno Carboxilado, Tg = 10°C 50
Reticulador, Carbonato de Zircônio Potássico 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 47,3
Espessante, Goma xantana 0,2
[0062] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0063] O substrato revestido obtido possui um valor de HVTR da barreira do óleo mineral de 19 g/m2*e um valor de KIT 12.
[0064] O resultado visual da amostra vincadas e coradas é apresentado na Figura 6.
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Exemplo de Revestimento 4
[0065] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor do revestimento usada é mostrada na Tabela 6. O peso do revestimento foi de 6,1 g/m2.
Tabela 6 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 4.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 5°C 49,8
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 47,2
Espessador, CMC 0,5
[0066] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0067] O resultado visual da amostra vincada e corada é apresentado na Figura 7. O substrato revestido obtido apresentava um valor de barreira ao óleo mineral, valor de HVTR de 33 g/m2*d e um valor de KIT 12.
Exemplo de Revestimento 5
[0068] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor do revestimento usado é mostrada na Tabela 7.
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Tabela 7 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 5.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 5°C 50
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 47,3
Espessante, goma de guar 0,5
[0069] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0070] O resultado visual da amostra vincada e corada é apresentado na Figura 8. O substrato revestido obtido apresentava um valor de barreira ao óleo mineral, valor de HVTR 22 g/m2*d e um valor de KIT 12.
Exemplo de Revestimento 6
[0071] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 5 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor do revestimento usada é mostrada na Tabela 8. O peso do revestimento foi de 6,0 g/m2.
Tabela 8 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 6.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 5°C 50
Reticulador, ácido cítrico 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 47,3
Espessante, goma de guar 0,2
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[0072] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0073] O resultado visual da amostra vincada e corada é apresentado na Figura 9. O substrato revestido obtido apresentava um valor de barreira ao óleo mineral, valor de HVTR de 12 g/m2*de um valor de KIT 12.
Exemplo de Revestimento 7
[0074] O substrato usado foi de 45 g/m2 de papel. Uma primeira camada de revestimento de barreira foi aplicada no substrato não revestido usando revestimento piloto e uma segunda camada de revestimento de barreira idêntica foi aplicada usando uma haste lisa. A velocidade do revestimento foi de 650 m/min. A composição da cor de revestimento usada é mostrada na Tabela 9.
Tabela 9 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 7.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolimero de acrilato de estireno, Tg = 5°C 50
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Álcool polivinílico (Poval 6-98) 47,4
Espessante, goma xantana 0,1
[0075] O teste de conversão simples foi realizado para as amostras da mesma maneira descrita no Exemplo de Referência 1.
[0076] Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 10. O resultado visual da amostra vincadas e coradas é apresentado na Figura 10.
Tabela 10 Resultados obtidos para o Exemplo de Revestimento 7.
Propriedade de Revestimento Valor para o Exemplo de Revestimento 7
Peso do revestimento (g/m2) 6,3
WVTR 23°C 50 % RH (g/m2, d) 35,4
KIT 12
HVTR (g/m2*d) 18
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[0077] Para desenvolver revestimentos de barreira para embalagens à base de fibra, não é suficiente considerar apenas as propriedades dos revestimentos como uma superfície plana. O produto revestido com barreira passará por um processo de conversão e, portanto, é crucial que o produto permaneça intacto durante os processos de vincagem e dobra. Os exemplos acima mostram que as amostras de referência apenas com boas propriedades de barreira ou conversibilidade não podem ser usadas comercialmente se o revestimento de barreira racha e vincagem e perde as propriedades de barreira que tinha como amostra plana. Os exemplos 1 a 7 mostram que diferentes formulações de revestimento podem ser usadas para fornecer boas propriedades de conversão. A otimização de todos os aditivos não foi concluída, mas foi observado um efeito positivo deles. O substrato do produto pode ser revestido com uma ou várias camadas. O principal objetivo dessas formulações de revestimento é obter melhores propriedades de barreira à graxa e ao óleo mineral.
Exemplo de Referência 4
[0078] No Exemplo de Referência 4, o revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro do fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 8 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. A composição da cor de revestimento usada é mostrada na Tabela 11.
Tabela 11 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Referência 4.
Quantidade (%)
Aglutinante, Copolímero de acrilato de estireno, 50
Tg = 10°C 47,2
Álcool polivinílico (PVA 6-98) 2,5
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 0,3
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[0079] O primeiro substrato base de referência A foi o papelão reciclado não classificado de 345 g/m2 com o valor Cobb60 de 444 g/m2. A cor de revestimento de referência sem pigmento mineral, quando aplicada no substrato base com 6,8 g/m2 de peso de revestimento, forneceu um valor de HVTR de 269 g/m2*d. Com duas camadas de revestimento, usando a mesma cor de revestimento e substrato base, a HVTR foi aprimorada para 32 g/m2*d quando o peso total do revestimento foi de 7,3 g/m2.
[0080] Um segundo substrato base de referência B era de papelão de tamanho interno, com peso base de 325 g/m2 e valor de Cobb60 105 g/m2. A cor de revestimento de referência sem pigmento mineral, quando aplicada no substrato base com 6,4 g/m2 de peso de revestimento, forneceu um valor de HVTR de 228 g/m2*d. Quando o peso do revestimento foi aumentado para 7,5 g/m2, o valor de HVTR obtido foi de 80 g/m2*d.
[0081] Os resultados são apresentados na Tabela 12.
Tabela 12 Resultados obtidos para o Exemplo de Referência 4.
Peso do revestimento (g/m2) Substrato base HVTR g/m2*d WVTR g/m2*d
6,8 não classificado A, com revestimento simples 269 67
7,3 não classificado A, com revestimento duplo 32 38
7,5 classificado B, revestimento único 80 59
[0082] E visto que quando a camada de base é porosa, uma única camada de revestimento não fornece necessariamente as propriedades de barreira desejadas. Na prática, no entanto, nem sempre é possível aplicar duas camadas de revestimento ou aumentar o peso do revestimento. Portanto, seria desejável obter um bom revestimento de barreira usando revestimento único e pesos de revestimento relativamente baixos.
Exemplo de Revestimento 8
[0083] Adicionaram-se partículas minerais inorgânicas ao revestimento da composição de cores. As partículas minerais eram partículas
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22/26 de talco escamoso, adicionadas 10%. A composição da cor do revestimento é mostrada na Tabela 13.
Tabela 13 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 8.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 10°C 45
Álcool Polivinílico (PVA 6-98) 42,2
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Goma xantana mais espessa 0,3
Talco, Finntalc C15 HB 10
[0084] Os substratos usados foram não classificados de 345 g/m2 e papelão reciclado de tamanho interno de 325 g/m2, como no Exemplo de Referência 4. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro do fio de 24 μιτι. A velocidade do revestimento foi ajustada para 8 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. Os resultados são mostrados na Tabela 14.
Tabela 14 Resultados obtidos para o Exemplo de Revestimento 8.
Peso do revestimento (g/m2) Substrato base HVTR g/m2*d WVTR g/m2*d
7,8 A, não classificado 96 49
7,5 B, classificado 80 59
Exemplo de Revestimento 9
[0085] Adicionaram-se partículas minerais inorgânicas ao revestimento da composição de cores. As partículas minerais eram carbonato de cálcio moído grosso, com uma quantidade adicionada de 20 %. A composição da cor do revestimento é mostrada na Tabela 15.
Tabela 15 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 9.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 10°C 38,6
Álcool Polivinílico (PVA 6-98) 38,6
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
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23/26
Espessante, goma xantana 0,3
Cabonato de cálcio moído (Hydrocarb 60) 20
[0086] O substrato usado foi papelão reciclado de 325 g/m2 de tamanho interno, o mesmo que no Exemplo de Referência 4. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 8 e a secagem foi realizada com secador IR por 60 s. Os resultados são mostrados na Tabela 16.
Tabela 16 Resultados obtidos para o Exemplo de Revestimento 9.
Peso do revestimento (g/m2) HVTR (g/m2*d) WVTR (g/m2*d) Bloqueio
9,6 60 49 1,3
Exemplo de Revestimento 10
[0087] Adicionaram-se partículas minerais inorgânicas ao revestimento da composição de cores. As partículas minerais eram carbonato de cálcio moído fino, quantidade adicionada 20 %. A composição da cor do revestimento é mostrada na Tabela 17.
Tabela 17 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 10.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 10°C 38,8
Álcool Polivinílico (PVA 4-98) 38,7
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Carbonato de cálcio moído (hidrocarbe 75) 20
[0088] O substrato usado foi papelão reciclado de 325 g/m2 de tamanho interno, o mesmo que no Exemplo de Referência 4. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade do revesPetição 870190116994, de 13/11/2019, pág. 46/53
24/26 timento foi ajustada para 8 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. Os resultados são mostrados na Tabela 18.
Tabela 18 Resultados obtidos para o Exemplo de Revestimento 10.
Peso do revestimento (g/m2) HVTR (g/m2*d)
8,5 63
9,7 38
Exemplo de Revestimento 11
[0089] Adicionaram-se partículas minerais inorgânicas ao revestimento da composição de cores. As partículas minerais eram carbonato de cálcio moído fino, quantidade adicionada 25 %. A composição da cor do revestimento é mostrada na Tabela 19.
Tabela 19 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 11.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 10°C 36,3
Álcool Polivinílico (PVA 4-98) 36,2
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Carbonato de cálcio moído (hidrocarbe 75) 25
[0090] O substrato usado foi papelão reciclado de 325 g/m2 de tamanho interno, o mesmo que no Exemplo de Referência 4. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 μιτι. A velocidade do revestimento foi ajustada para 8 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. O peso do revestimento foi de 8,8 g/m2 e o valor de HVTR obtido foi de 96 g/m2*d.
Exemplo de Revestimento 12
[0091] Adicionaram-se partículas minerais inorgânicas ao revestimento da composição de cores. As partículas minerais eram carbonato
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25/26 de cálcio moído grosso, quantidade adicionada 25%. A composição da cor do revestimento é mostrada na Tabela 20.
Tabela 20 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 12.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 10°C 37,6
Álcool Polivinílico (PVA 4-98) 37,4
Reticulador, Carbonato de zircônio e amônio 2,5
Carbonato de cálcio moído (Hydrocarb 60) 22,5
[0092] O substrato usado foi papelão reciclado de 325 g/m2 de tamanho interno, o mesmo que no Exemplo de Referência 4. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 μιτι. A velocidade do revestimento foi ajustada para 8 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. O peso do revestimento foi de 9,5 g/m2 e o valor de HVTR obtido foi de 93 g/m2*d.
Exemplo de Revestimento 13
[0093] Adicionaram-se partículas minerais inorgânicas ao revestimento da composição de cores. As partículas minerais eram uma mistura de dois carbonates de cálcio moídos, com uma quantidade adicionada de 20 %. A composição da cor do revestimento é mostrada na Tabela 21.
Tabela 21 Composição da cor do revestimento para o Exemplo de Revestimento 13.
Quantidade (%)
Aglutinante, copolímero de acrilato de estireno, Tg = 10°C, baixa carboxilação 38,8
Álcool Polivinílico (PVA 6-88) 38,7
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26/26
Reticulador, Carbonato de zircônio e potássio 2,5
Mistura de carbonato de cálcio moído (Setacarb 75/Hydrocarb 75) 20
[0094] O substrato usado foi papelão reciclado de 325 g/m2 de tamanho interno, o mesmo que no Exemplo de Referência 4. O revestimento de barreira foi aplicado no substrato não revestido usando a unidade de revestimento de haste RK K Control Coater e a haste de revestimento (3) com diâmetro de fio de 24 pm. A velocidade do revestimento foi ajustada para 8 e a secagem foi realizada usando secador IR por 60 s. Os resultados são mostrados na Tabela 22.
Tabela 22 Resultados obtidos para o Exemplo de Revestimento 13.
Peso do revestimento (g/m2) HVTR (g/m2*d)
6,8 49
9,1 26
[0095] Mesmo que a invenção tenha sido descrita com referência ao que atualmente parece ser a modalidade mais prática e preferida, é apreciado que a invenção não se limite às modalidades descritas acima, mas a invenção pretende abranger também diferentes modificações e soluções técnicas equivalentes no escopo das reivindicações anexas.

Claims (18)

1. Composição de revestimento de barreira, caracterizada pelo fato de que compreende
- 30 - 70% em peso de copolimero de estireno (met)acrilato, que é polimerizado na presença de um estabilizador e que tem uma temperatura de transição vítrea Tg < 20°C, preferivelmente < 10°C,
- 30 - 70% em peso de álcool polivinílico, e
- no máximo 5,0% em peso de um reticulador, que reage com os grupos -OH ou -COOH.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a relação de copolimero de estireno (met)acrilato em relação ao álcool polivinílico ser de 1: 2 a 2:1.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o copolimero de estireno (met)acrilato tem uma temperatura de transição vítrea na faixa de -40 - 20°C, preferivelmente -30 - 15°C, mais preferivelmente -20 - 10°C.
4. Composição de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que o copolimero de estireno (met)acrilato é polimerizado na presença de um estabilizador, o qual é selecionado a partir de amido ou álcool polivinílico, preferivelmente amido.
5. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o copolimero de estireno (met)acrilato tem um peso molecular médio ponderado <100 000 g/mol, preferivelmente <75 000 g/mol.
6. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a composição compreende o reticulador na quantidade de 0,1 a 5% em peso, de preferência 0,1 a 4% em peso, mais preferivelmente 0,5 a 3% em peso.
7. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o reticulador é seleciona
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2/3 do a partir de carbonato de zircônio de amônio, carbonato de zircônio de potássio, glioxal ou ácido cítrico.
8. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o álcool polivinílico ter um peso molecular < 50000 g/mol, preferivelmente 13 000 - 50 000 g/mol.
9. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o álcool polivinílico é pelo menos parcialmente hidrolisado, de preferência com um grau de hidrólise de 85 - 98%.
10. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a composição compreende plastificante na quantidade de 0,1 - 15% em peso, preferivelmente 1 - 10% em peso, mais preferivelmente 2 - 7,5% em peso.
11. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a composição compreende 0,1-5% em peso, preferivelmente 0,1-2% em peso, mais preferivelmente 0,1-1% em peso, de um espessante natural, como goma xantana, goma guar ou goma arábica, ou de um espessante sintético, como espessantes de emulsão solúvel alcalina/intumescente (ASE) ou espessantes de emulsão solúvel alcalina (HASE) modificados hidrofobicamente.
12. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a composição está isenta de partículas de pigmentos minerais inorgânicos.
13. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a composição compreende partículas minerais inorgânicas.
14. Produto em forma de folha, caracterizado pelo fato de que compreende
- um substrato compreendendo fibras lignocelulósicas e
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3/3 com uma primeira e segunda grandes superfícies paralelas, e
- camada de revestimento de barreira formada a partir de uma composição de revestimento de barreira, como definida emqualquer uma das reivindicações 1 a 13, aplicada em pelo menos uma das superfícies do substrato.
15. Produto de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o substrato tem uma gramatura de 25 - 800 g/m2, preferivelmente 30 - 700 g/m2, mais preferivelmente 40 - 500 g/m2.
16. Produto de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento de barreira tem um peso máximo de 12 g/m2, preferivelmente de 10 g/m2.
17. Produto de acordo com a reivindicação 14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o produto possui valor teste KIT de pelo menos 8, valor de HVTR da barreira de óleo mineral <100 g/m2/d e/ou valor de WVTR da barreira de vapor de água <100 g/m2/d.
18. Uso de um produto em forma de folha, como definido em qualquer uma das reivindicações 14 a 17, caracterizado pelo fato de ser para a fabricação de embalagens de serviços alimentícios.
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