BR122019012729B1 - Método para fabricar um artigo - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a uma composição de adesivo que compreende polímeros em emulsão e microesferas e artigos produzidos a partir da mesma. o adesivo é particularmente útil para embalagens de produtos de consumo que fornecem resistência e isolamento térmico suficientes enquanto reduzem o peso base geral dos substratos.
Description
[0001] Dividido do BR112015006619-4, depositado em 16.08.2013.
[0002] A presente invenção refere-se a um adesivo e um artigo que compreende um adesivo à base de água interposto entre substratos de múltiplas camadas.
[0003] Os artigos de folha com múltiplas camadas compreendem substratos individuais ligados juntos com adesivos. Tipicamente, as folhas celulósicas, por exemplo, papelão, cartolina, papel, papel revestido, filmes, são ligadas juntas com adesivos à base de água para formar recipientes para produtos de consumo, tais como copos, recipientes de alimentos, estojos, caixas de papelão, bolsas, caixas, envelopes, invólucros, caixa em forma de concha e similares.
[0004] Os substratos com peso base maior fornecem melhor resistência e isolamento térmico ao artigo que substratos com peso base menor. No entanto, há um esforço para diminuir o peso base dos substratos para torná-los mais seguros ambiental e economicamente.
[0005] A redução do peso base impacta negativamente o isolamentotérmico e a resistência do artigo. Embora as microesferas sejam conhecidas por aprimorar as propriedades de isolamento térmico, a espessura do substrato é a fonte primária para o isolamento térmico do artigo.
[0006] As microesferas foram também adicionadas à polpa de papel para produzir papel com peso reduzido e papelões finos, conforme descrito no documento WO 2008/084372. No entanto, os papéis resultantessão propensos à flambagem fora de plano quando submetidos a tensões verticais.
[0007] A fim de aprimorar a resistência de substratos com peso base baixo, Adhesive Level Effect on Corrugated Board StrengthExperiment and FE Modeling ensina a aumentar a quantidade de adesivos interpostos entre os substratos. No entanto, aumentar a quantidade do adesivo no artigo prolonga o tempo de secagem e, portanto, diminui a velocidade de fabricação. Um longo tempo de secagem ou aquecedores precisam ser usados para retirar a água dos substratos, o que aumenta o consumo de energia.
[0008] A presente invenção aprimora as deficiências de embalagens com peso base reduzido através do uso de uma composição de adesivo à base de água com microesferas expandidas. A presente invenção fornece uma embalagem ambientalmente segura que fornece resistência e isolamento térmico suficientes aos substratos com peso base reduzido ao qual a mesma está sendo aplicada.
[0009] A presente invenção refere-se a uma composição de adesivo que fornece isolamento térmico substancialmente similar e resistência adequada a substratos com peso base reduzido de até cerca de 26%. A presente invenção fornece, ainda, um artigo de substrato com múltiplas camadas que compreende o adesivo à base de água interposto entre os substratos com peso base menor. Adicionalmente, o adesivo e o artigo exibem menos pegada de carbono, por exemplo, calor e árvores, que adesivos à base de água e substratos de múltiplas camadas convencionais com substratos com peso base maior.
[0010] Em uma primeira modalidade, é fornecida uma composição de adesivo que compreende (a) um polímero à base de emulsão selecionado a partir do grupo que consiste em dispersão de etileno em acetato de vinila, acetato de polivinila, álcool polivinílico de acetato de polivinila, acetato de polivinila estabilizado com dextrina, copolímeros de acetato de polivinila, copolímeros de acetato de vinila e etileno, vini- lacrílico, estireno acrílico, acrílico, borracha de estireno butila, poliuretano e misturas dos mesmos; (b) uma pluralidade de microesferas, em que as microesferas têm um volume de cerca de 10 a cerca de 50% em V/V do adesivo; e opcionalmente (c) água e (d) plastificante. O adesivo fornece um isolamento térmico substancialmente similar e resistência adequada para substratos que têm uma redução de peso base de até cerca de 26% em comparação a um adesivo sem as micro- esferas em um substrato que não têm uma redução de peso base.
[0011] Ainda outra modalidade fornece um artigo de fabricação que é um recipiente de substrato de múltiplas camadas que compreende uma pluralidade de substratos com peso base reduzido e uma composição de adesivo à base de água interposta entre os substratos. A composição de adesivo compreende (a) um polímero à base de emulsão; (b) uma pluralidade de microesferas, em que as microesferas têm um volume de cerca de 10 a cerca de 50% em V/V do adesivo e, opcionalmente, (c) água e (d) plastificante. O artigo tem um isolamento térmico substancialmente similar e resistência adequada mesmo com substratos que têm cerca de 26% menos peso base em comparação a um adesivo sem as microesferas em um substrato que não tem uma redução de peso base.
[0012] Ainda outra modalidade fornece um método para produzir uma embalagem de substrato de múltiplas camadas que tem isolamentotérmico e integridade estrutural suficientes com substratos com peso base reduzido. As etapas incluem (a) fornecer um primeiro substrato que tem um primeiro e um segundo lados; (b) preparar uma composição de adesivo por combinação de (i) um polímero à base de emulsão selecionado a partir do grupo que consiste em dispersão de etileno em acetato de vinila, acetato de polivinila, álcool polivinílico de acetato de polivinila, acetato de polivinila estabilizado com dextrina, copolímeros de acetato de polivinila, copolímeros de acetato de vinila e etileno, vinilacrílico, estireno acrílico, acrílico, borracha de estireno butila, poliuretano e misturas dos mesmos; (ii) uma pluralidade de mi- croesferas expansíveis, em que as microesferas expandidas têm um volume de cerca de 10 a cerca de 50% em V/V do adesivo; e opcionalmente (iii) uma plastificante e (iv) água para formar um adesivo; (c) aplicar o adesivo no primeiro lado do primeiro substrato; (d) fornecer um segundo substrato que tem um primeiro e um segundo lados; (e) colocar em contato o primeiro lado do segundo substrato diretamente no adesivo; (f) aplicar calor ou radiação para expandir as microesferas expansíveis; e (g) secar o adesivo para formar uma ligação que adere o primeiro e o segundo substratos juntos. O substrato de múltiplas camadas resultante com um adesivo contendo as microesferas tem um isolamento térmico substancialmente similar e resistência adequada com substratos que têm cerca de 26% menos peso base que um substrato de múltiplas camadas sem as microesferas no adesivo.
[0013] Outra modalidade fornece um método para produzir uma embalagem de substrato de múltiplas camadas que tem isolamento térmico e integridade estrutural suficientes com substratos com peso base menor. As etapas incluem (a) fornecer um primeiro substrato que tem um primeiro e um segundo lados; (b) preparar uma composição de adesivo por combinação de (i) um polímero à base de emulsão selecionado a partir do grupo que consiste em dispersão de etileno em acetato de vinila, acetato de polivinila, álcool polivinílico de acetato de polivinila, acetato de polivinila estabilizado com dextrina, copolímeros de acetato de polivinila, copolímeros de acetato de vinila e etileno, vinilacrílico, esti- reno acrílico, acrílico, borracha de estireno butila, poliuretano e misturas dos mesmos; (ii) uma pluralidade de microesferas pré-expandidas, em que as microesferas têm um volume de cerca de 10 a cerca de 50% em V/V do adesivo; (iii) uma plastificante e (iv) água para formar um adesivo; (c) aplicar o adesivo no primeiro lado do primeiro substrato; (d) for- necer um segundo substrato que tem um primeiro e um segundo lados; (e) colocar em contato o primeiro lado do segundo substrato diretamente no adesivo; (f) secar o adesivo para formar uma ligação que adere o primeiro e o segundo substratos juntos. O substrato de múltiplas camadas resultante com um adesivo contendo as microesferas tem um isolamentotérmico substancialmente similar e resistência adequada com substratos que têm cerca de 26% menos peso base que um substrato de múltiplas camadas sem as microesferas no adesivo.
[0014] A Figura 1 é uma curva de módulo-temperatura de amostras de adesivo.
[0015] A Figura 2 é uma curva de deformação-temperatura com tensão constante de amostras de junta de cisalhamento.
[0016] A presente invenção fornece uma composição de adesivo à base de água para manter substancialmente o mesmo isolamento térmico e resistência adequada enquanto reduz o peso base dos substratosaté cerca de 26%. As composições de adesivo descritas no presente documento podem ser úteis em embalagens de folha de múltiplas camadas para produtos de consumo, tais como copos, recipientes de alimentos, estojos, caixas de papelão, bolsas, caixas, envelopes, invólucros, caixas em forma de conchas e similares. Através do uso da composição de adesivo da invenção, isolamento térmico substancialmente similar e resistência adequada podem ser obtidos para a embalagem de substrato de múltiplas camadas mesmo com substratos com peso base diminuído. O resultado final é um produto econômico e não prejudicial ao meio ambiente.
[0017] A presente invenção é baseada na descoberta de que uma composição de adesivo à base de água com uma pluralidade de mi- croesferas expansíveis fornece isolamento térmico e resistência sufici- entes a substratos com peso base menor em relação a substratos com peso base tradicional. Por exemplo, o adesivo com as microesferas fornece um isolamento térmico substancialmente similar e resistência adequada mesmo quando o peso base do substrato é reduzido em cerca de 8%, cerca de 17% e mesmo até cerca de 26%.
[0018] Em uma primeira modalidade, a invenção inclui um adesivo para preparar uma embalagem de folha de múltiplas camadas para substratos com peso base baixo. Os substratos podem ser feitos de qualquer tipo de papel e/ou material plástico. De modo desejável, os produtos de papel usados são materiais recicláveis.
[0019] A composição de adesivo pode ser feita de qualquer número de material. De modo desejável, a composição de adesivo inclui um componente polimérico de emulsão, uma pluralidade de microesferas e, opcionalmente, plastificante e água. A composição de adesivo pode incluir, ainda, um ou mais conservantes, agentes de pegajosidade ou cargas. Outros materiais que não afetam adversamente o adesivo e as propriedades isolantes da composição de adesivo podem ser usados conforme desejado.
[0020] A composição de adesivo inclui um componente polimérico de emulsão. O polímero de emulsão pode estar presente na composição de adesivo em qualquer quantidade e desejavelmente está presente em uma quantidade de cerca de 50% a cerca de 99,5% em peso por peso da composição de adesivo antes do endurecimento da composição. Dependendo do polímero de emulsão, os níveis de sólido variam de cerca de 40% em peso a cerca de 60% em peso, com base no polímero de emulsão. O componente de polímero de emulsão pode incluir quaisquer componentes de polímero desejados, incluindo dispersão de etileno em acetato de vinila, acetato de polivinila, álcool po- livinílico de acetato de polivinila, acetato de polivinila estabilizado com dextrina, copolímeros de acetato de polivinila, copolímeros de acetato de vinila e etileno, vinilacrílico, estireno acrílico, acrílico, borracha de estireno butila, poliuretano e misturas dos mesmos. Os componentes de polímero de emulsão particularmente preferenciais são dispersão de etileno em acetato de vinila e acetato de polivinila.
[0021] A composição de adesivo inclui uma pluralidade de micro- esferas pré-expandidas e expansíveis. As microesferas pré- expandidas são completamente expandidas e não precisam passar por expansão adicional. As microesferas expansíveis úteis na presente invenção devem ser capazes de se expandir em tamanho na presença de energia térmica e/ou de radiação (incluindo, por exemplo, microonda, infravermelho, radiofrequência e/ou energia ultrassônica). As microesferas úteis na presente invenção incluem, por exemplo, micro- esferas poliméricas expansíveis por calor, incluindo aquelas que têm um núcleo de hidrocarboneto e uma carcaça de poliacrilonitrila (tais como aquelas vendidas sob o nome comercial Dualite®) e outras mi- croesferas similares (tais como aquelas vendidas sob o nome comercial Expancel®). As microesferas expansíveis podem ter qualquer ta-manhonão expandido, incluindo de cerca de 12 mícrons a cerca de 30 mícrons de diâmetro. Na presença de calor, as microesferas expansíveis da presente invenção podem ter capacidade de aumentar de diâmetro em cerca de 3 vezes acerca de 10 vezes. Ou seja, o diâmetro das microesferas expansíveis pode ser expansível de cerca de 300% do diâmetro de partida a cerca de 1.000% do diâmetro de partida e, mais desejavelmente, o diâmetro das microesferas expansíveis pode ser expansível de cerca de 350% a cerca de 600% do diâmetro de partida. Mediante a expansão das microesferas na composição de adesivo, a composição de adesivo torna-se um material similar à espuma, que tem propriedades de isolamento aprimoradas. Pode ser desejado, conforme será explicado abaixo, que a expansão das microesferas ocorra em uma composição de adesivo definida.
[0022] As microesferas expansíveis têm uma temperatura particular em que começam a se expandir e uma segunda temperatura em que atingem a expansão máxima. Diferentes graus de microesferas têm temperatura de expansão (Texp) e temperatura de expansão máxima diferentes (Tmáx). Por exemplo, uma microesfera particularmente útil tem uma Texp de cerca de 80°C e uma Tmáx de cerca de 120°C, enquanto outra microesfera útil tem uma Texp de cerca 135°C e uma Tmáx de cerca de 200°C. Apesar de qualquer grau particular de microesfe- ras poder ser usado na presente invenção, a Texp e a Tmáx das microes- feras devem ser consideradas durante a formulação e processamento. Desejavelmente, a temperatura em que essas microesferas começam a expandir-se (Texp) é de cerca de 80°C a cerca de 135°C. A temperatura em que as microesferas alcançam a expansão máxima (Tmáx) é desejavelmente de cerca de 120°C a cerca de 200°C.
[0023] Embora a escolha das microesferas particulares e suas respectivas Texp e Tmáx não seja essencial para a invenção, as temperaturas de processamento podem ser modificadas, dependendo dessas temperaturas. Antes de a composição de adesivo ser completamente seca, essas microesferas podem mover-se dentro da composição e podem expandir-se. Uma vez que a composição de adesivo esteja completamente seca, no entanto, as microesferas são substancialmente fixadas em posição, tornando a expansão das mesmas difícil, se não impossível.
[0024] Dependendo das microesferas expansíveis particulares usadas na composição, a quantidade desejada das microesferas na composição pode ser modificada. Foi descoberto que se a composição de adesivo inclui uma concentração muito alta de microesferas expansíveis, haverá adesão e resistência insuficientes mediante a expansão das microesferas. No entanto, se houver uma concentração muito baixa de microesferas expansíveis, haverá expansão insuficiente do ade- sivo resultante e, portanto, isolamento térmico insuficiente. Portanto, a consideração do nível de carregamento e da razão de expansão, assim como a razão de expansão e a temperatura no nível de carregamento, deve ser levada em conta ao se determinar a concentração ideal de microesferas expansíveis na composição. Se a razão de expansão das microesferas for menor, pode haver uma concentração mais alta na composição de adesivo e, de modo contrário, se a razão de expansão das microesferas for maior, pode haver uma concentração mais baixa na composição de adesivo.
[0025] Nas modalidades preferenciais, é desejável que as micro- esferas estejam presentes na composição de adesivo em um volume de cerca de 10% em V/V a cerca de 50% em V/V, de preferência de cerca de 20% em V/V a cerca de 40% em V/V, do adesivo após a secagem completa (endurecimento). Dependendo do tamanho completamente expandido das microesferas, a quantidade das microesferas expansíveis no adesivo pode ser ajustada. Para uma modalidade que inclui microesferas expansíveis que têm uma razão de expansão de diâmetro de cerca de 370% em Tmáx, as microesferas podem estar presentes em uma quantidade de cerca de 0,5% a cerca de 5% em peso da composição de adesivo antes do endurecimento da composição. Para uma modalidade que inclui microesferas expansíveis que têm uma razão de expansão de diâmetro de cerca de 470% em Tmáx, as microesferas podem estar presentes em uma quantidade de cerca de 0,5% a cerca de 3% em peso da composição de adesivo antes do endurecimento da composição. Nos sistemas em que há capacidades de aquecimento mais baixas, pode ser desejável incluir uma concentração mais alta de microesferas expansíveis, tal como até 8% em peso da composição de adesivo antes do endurecimento da composição. A razão de expansão das microesferas expansíveis e o nível de carregamento das microesferas estarão relacionados entre si. De- sejavelmente, a concentração das microesferas na composição de adesivo deve estar entre essas duas zonas. Isso equilibra a expansão, o isolamento e a resistência, com adesão do adesivo do tipo espuma resultante.
[0026] A composição de adesivo, opcionalmente, inclui um plastifi- cante. Os plastificantes exemplificativos são dibenzoatos disponíveis como Benzoflex®, tal como dibenzoato de dietlenoglicol, dibenzoato de dipropilenoglicol e similares.
[0027] A composição de adesivo pode opcionalmente incluir qualquer solvente polar, particularmente água, na formulação.
[0028] A composição de adesivo opcionalmente inclui, ainda, quaisquer agentes de pegajosidade, umectantes, conservantes, por exemplo, antioxidante, biocida; carga, pigmento, corante, estabilizan- te, modificador de reologia, álcool polivinílico e misturas dos mesmos. Esses componentes podem ser incluídos em uma quantidade de cerca de 0,05% a cerca de 15% em peso da composição de adesivo antes do endurecimento da composição. Os conservantes exemplificati- vos incluem 1,2-benzisotiazolin-3-ona, 5-cloro-2-metil-4-isotiazolin-3- ona e 2-metil-4-isotiazolin-3-ona. Tipicamente, os conservantes podem ser usados na quantidade de cerca de 0,05% a cerca de 0,5% em peso da composição de adesivo antes do endurecimento da com-posição.
[0029] Embora o adesivo possa começar a coalescer em temperatura ambiente, a composição de adesivo pode ainda ter um teor alto de hidratação e será substancialmente fluida. Para adesivos com micro- esferas expansíveis, uma forma de energia é introduzida ao adesivo para expandir as microesferas antes da secagem completa do adesivo. A forma de energia é tipicamente calor ou radiação. Para adesivos contendo microesferas pré-expandidas, nenhuma forma adicional de energia é necessária.
[0030] Para ambos os adesivos contendo microesferas expansíveis ou pré-expandidas, um aquecedor e uma ventoinha podem ser usados para expelir a água em excesso para auxiliar na secagem dos adesivos. Em uma modalidade particularmente desejável de fabricação de produtos, a composição de adesivo pode ser aplicada à superfície (ou superfícies) de um substrato e submetida a calor suficiente para coalescer o adesivo. No início da coalescência do adesivo e enquanto o adesivo está ainda substancialmente similar a fluido, o adesivo pode auxiliar na retenção do adesivo e das microesferas em posição, mas permitirá que as microesferas se expandam livremente. O calor pode ser também elevado até uma temperatura suficiente para expandir as microesferas. É preferencial que o aquecedor seja definido em uma faixa de temperatura entre a Texp e Tmáx das microesferas. Finalmente, o calor pode ser elevado novamente até uma temperatura suficiente para expelir completamente a água da composição de adesivo. O calor pode ser aplicado por qualquer método desejado, incluindo em um forno ou através do uso de roletes aquecidos. Deve-se perceber que os vários estágios (início de endurecimento, expansão das microesferas e secagem completa do adesivo) podem ser atingidos por energia de radiação, ou como uma substituição ou adicionalmente ao calor direto. Ou seja, por exemplo, as várias etapas podem ser atingidas com o uso de radiação de micro-onda ou radiofrequência. Adicionalmente, o processo pode incluir qualquer combinação de aplicação de calor e aplicação de radiação. Por exemplo, a coalescência inicial do adesivo pode ser atingida através de calor direto, enquanto a expansão das microesferas pode ser atingida através da aplicação de energia de radiação.
[0031] Outros aditivos podem ser incluídos na composição para aumentar a coalescência do adesivo, se desejado.
[0032] O adesivo inventado com as microesferas tem resistência mais alta que o adesivo sem as microesferas em temperaturas elevadas. Espera-se por aqueles versados na técnica que a resistência do adesivo diminua com a adição de microesferas em temperatura elevada. De modo surpreendente, o adesivo inventado tem módulo mais alto com carregamentos mais altos de microesferas que os adesivos sem qualquer microesfera em temperaturas na faixa de cerca de 50°C a cerca de 180°C, conforme mostrado na Figura 1. O adesivo inventadoé particularmente adequado para embalagens isolantes que são tipicamente direcionadas para o uso em temperaturas elevadas e exigem isolamento térmico.
[0033] A presente invenção fornece um método para preparar uma composição de adesivo que tem um isolamento aprimorado e uma resistência adequada para substratos com peso base baixo. Um método inclui combinar um componente de polímero de emulsão, uma pluralidade de microesferas expansíveis, e plastificantes opcionais, e solventes polares, agentes de pegajosidade, umectantes, conservantes ou cargas para formar uma mistura. Outro método inclui primeiramente combinar um componente de polímero de emulsão, e plastificantes opcionais, solventes polares, agentes de pegajosidade, umectantes, conservantes ou cargas para formar uma mistura e então adicionar uma pluralidade de microesferas pré-expandidas à mistura. Ambos os adesivos podem ser formados imediatamente antes da aplicação em um substrato ou pré-produzidos antecipadamente e armazenados até serem necessários.
[0034] Outra modalidade é direcionada a embalagens isoladas e um método para formar embalagens isoladas, particularmente, com substratos com peso base baixo. As embalagens incluem copos, recipientes de alimento, estojos, caixas de papelão, bolsas, caixas, envelopes, invólucros, caixas em forma de concha e similares. É particularmente preferencial que os substratos das embalagens tenham um peso base, calibre e teor de fibras reduzidos em comparação a substratos tradicionais usados para as mesmas embalagens. Espera-se que as embalagens feitas de substratos de teor de fibra e peso base mais baixo careçam de características de desempenho importantes, tal como resistência e isolamento térmico. Através do uso do adesivo inventado, incluindo o polímero de emulsão, a pluralidade de microesfe- ras expansíveis e pré-expandidas e o solvente polar, plastificante, conservantes, agentes de pegajosidade ou cargas opcionais, as embalagenstêm isolamento térmico e resistência adequados mesmo com a redução de cerca de 8%, cerca de 17% ou mesmo até a cerca de 26% do peso base do substrato.
[0035] Os substratos incluem peso base placas de fibra, placas de madeira aglomerada, placas corrugadas, meios corrugados, placas branqueadas sólidas (SBB), placas de sulfito branqueadas sólidas (SBS), placas não branqueadas sólidas (SLB), placas de madeira aglomerada com forro branco (WLC), papéis de embalagem, placas kraft, papéis revestidos, placas aglutinantes e filmes de polipropileno orientados com peso base reduzido. Dependendo do substrato, o peso base difere.
[0036] Foi descoberto que, através do uso da presente composição de adesivo, o peso base dos substratos pode ser diminuído em até a cerca de 7%, cerca de 18% e mesmo até a cerca de 26% sem sacrificar as propriedades de resistência e isolamento térmico em comparação aos substratos tradicionais sem qualquer redução no peso base. Portanto, as embalagens podem ser formadas com substratos com peso base mais baixo, calibre mais fino e teor de fibras mais baixo, resultando em custo reduzido e também refugo reduzido.
[0037] Uma embalagem de consumo exemplificativa é uma embalagem de caixa corrugada formada com meio e forro com peso base mais baixo. Para uma placa corrugada de face única, a embalagem compreende um substrato de meio estriado e um substrato de placa com forro aderido juntamente ao adesivo inventado, compreendendo o polímero de emulsão, uma pluralidade de microesferas expansíveis e opcionalmente um solvente polar, plastificantes, conservantes e cargas, em que a pluralidade de microesferas expansíveis foi expandida e a composição de adesivo foi endurecida e curada. Os substratos são feitos de papel que tem um peso base reduzido em comparação às placas corrugadas de isolamento tradicionais. Qualquer tipo de papel pode ser usado na invenção, por exemplo, o papel pode ter um peso base na faixa de cerca de 0,91 a cerca de 15,88 quilogramas (cerca de 2 a cerca de 35 libras) por 92,9 km2 (1.000 ft2). Adicionalmente, é desejável usar papel com peso mais baixo que aquele que é tradicionalmente usado em produtos isolantes.
[0038] Para uma placa corrugada com face única, a composição de adesivo é aplicada às pontas das estrias de apenas um lado do meio de peso base mais baixo e o primeiro lado de um forro de filme ou papel de peso base mais baixo é aplicado ao mesmo. Após a composição de adesivo ter sido aplicada às pontas do primeiro lado do meio, as pontas das estruturas são conectadas com o primeiro lado do primeiro forro de filme ou papel. É desejável que o contato seja realizado sob uma pressão leve, de modo a unir efetivamente o meio e o forro de filme ou papel, mas pressão excessiva deve ser evitada (para evitar remover por compressão o adesivo do ponto de contato). Um versado pode determinar essa quantidade de pressão sem experimentação indevida. Nesse ponto, um produto corrugado não endurecido é formado, em que o forro de filme ou papel e o meio são presos entre si por meio do adesivo, mas o adesivo não foi endurecido. Se desejado, o produto corrugado não endurecido pode ser exposto à energia térmica e/ou de radiação suficiente para começar a coalescer o adesivo, mas insuficiente para expandir a pluralidade de microesferas expansíveis. A coalescência do adesivo é útil para manter vários componentes do produto em posição até o adesivo estar completamente seco (endurecido).
[0039] O produto corrugado é então exposto à energia térmica (por exemplo, em um forno ou por meio de contato com roletes aquecidos) e/ou de radiação (por exemplo, micro-onda, infravermelho, radiofrequência ou energia ultrassônica) para expandir a pluralidade de micro- esferas. Em uma modalidade, o produto corrugado é exposto ao calor em uma temperatura suficiente para expandir pelo menos a maioria das microesferas na ponta de uma estria, mas a temperatura é insuficiente para endurecer completamente a composição de adesivo. Tipicamente, tal temperatura está na faixa da Texp até a Tmáx. Em outra modalidade, o produto corrugado não endurecido é exposto à energia de micro-onda ou infravermelho suficiente para expandir pelo menos a maioria das microesferas expansíveis, mas em um nível de energia que não irá endurecer completamente a composição de adesivo. O produto resultante é um produto corrugado não curado que tem micro- esferas expandidas.
[0040] Conforme pode ser entendido, nesse ponto no processo as microesferas em qualquer ponta de estria foram expandidas para formar uma composição de adesivo do tipo espuma, gerando um espaço aumentado entre a ponta da estria e o forro de filme ou papel. Assim, durante o processo de fabricação, é importante permitir que a composição de adesivo se expanda. Ou seja, qualquer pressão que retém o primeiro forro de filme ou papel e o meio não precisa ser tão grande para inibir a expansão do adesivo e, assim, a separação do forro de filme ou papel e o meio. Se a pressão for muito grande, o adesivo pode expandir-se para o lado, isto é, no espaço de ar entre o meio e o forro de filme ou papel. Um versado pode determinar essa quantidade de pressão sem experimentação indevida. Adicionalmente, qualquer energia térmica e/ou de radiação aplicada ao produto não deve ser tão grande que endureça completamente a composição de adesivo, permitindo que as microesferas se expandam. É desejável que a composição de adesivo expandida esteja localizada em cada uma das pontas de estria no ponto de contato com o forro, fornecendo, assim, um espaço de isolamento entre o primeiro forro de filme ou papel e o meio no local de contato.
[0041] Após a expansão das microesferas, o produto corrugado que tem microesferas expandidas pode, então, ser exposto à energia térmica e/ou de radiação adicional (incluindo energia de micro-onda ou infravermelho) suficiente para secar completamente a composição de adesivo. O resultado é um papel corrugado que tem isolamento térmico aprimorado e resistência adequada com uma redução de até cerca de 7%, cerca de 18% e mesmo até cerca de 26% em peso base dos substratos.
[0042] O método descrito acima fornece uma placa corrugada com face única. No entanto, o método acima pode ser, ainda, usado para fornecer uma placa corrugada com face dupla. A presente invenção pode ser usada em diversas aplicações variadas além de placa corrugada com face única ou dupla. Outras aplicações em que a invenção é útil incluem corrugador posterior com viscosidade mais alta, aplicações em revestidor com viscosidade mais baixa e similares. Adicionalmente às etapas acima, um segundo forro de filme ou papel substancialmente plano pode ser fornecido. O segundo forro pode ser aplicado ao segundo lado do meio ao mesmo tempo em que o primeiro forro é aplicado ao primeiro lado do meio ou o segundo forro pode ser aplicado ao segundo lado do meio após o primeiro forro ser aderido ao meio. Pode ser desejável que o segundo forro seja aplicado ao segundo lado do meio após o primeiro forro ter sido completamente aderido ao meio. As etapas de processamento e endurecimento, conforme descritas acima, podem ser repetidas com o se- gundo forro para fornecer uma placa corrugada com face dupla.
[0043] Em uma modalidade alternativa, é fornecida uma embalagem de substrato de múltiplas camadas que não tem meio e um método para formar um produto de papel isolante que não tem meio. Remover o meio resulta em um produto que usa menos da metade do papel tradicionalmente exigido, o que poderia reduzir, significativamente, o custo associado ao produto e também reduz o refugo gerado em mais da metade. Tem sido difícil obter um produto que tem o isolamentotérmico e a resistência necessários sem incluir a camada média.
[0044] Em uma modalidade, é fornecida uma folha isolante que inclui um forro de filme ou papel substancialmente plana que tem um primeiro lado e um segundo lado. O primeiro lado do forro de filme ou papel inclui uma pluralidade de microesferas expansíveis presas ao mesmo em uma composição de adesivo, em que a pluralidade de mi- croesferas expansíveis foi expandida e a composição de adesivo foi seca. Portanto, o produto inclui um forro de filme ou papel que tem uma composição do tipo espuma aderida no primeiro lado do mesmo. As microesferas expansíveis incluem aquelas descritas acima e a composição de adesivo inclui os componentes descritos acima, incluindo o polímero de emulsão e o solvente polar, o plastificante, os umectantes, os conservantes ou as cargas opcionais.
[0045] A composição de adesivo pode ser aplicada à primeira superfície do forro de filme ou papel em qualquer configuração desejada, incluindo em uma série de pontos, tiras, ondas, padrões de tabuleiro de dama, quaisquer formados de poliedro gerais que tenham bases substancialmente planas e combinações dos mesmos. A aplicação desses padrões diminui a quantidade de adesivo nas embalagens. Ademais, a composição de adesivo pode ser aplicada à primeira superfície em uma série de cilindros. Adicionalmente, se desejado, a composição de adesivo pode ser aplicada à primeira superfície como uma folha substancialmente plana de adesivo que cobre toda a primei-rasuperfície (laminação completa) ou que cobre uma porção da pri-meirasuperfície. A composição de adesivo pode ser aplicada na presença de calor, se desejado; no entanto, é importante que o calor na aplicação não seja tanto que endureça completamente a composição de adesivo antes da expansão das microesferas expansíveis. Um versado pode determinar essa quantidade de pressão sem experimentação indevida. Opcionalmente, um segundo forro de filme ou papel pode ser aplicado à superfície superior da composição de adesivo, formando uma configuração ensanduichada de: primeiro forro de filme ou papel - adesivo com microesferas expandidas - segundo forro de filme ou papel.
[0046] Após a composição de adesivo ter sido aplicada ao primeiro lado do forro de filme ou papel, em uma alternativa, o forro de filme ou papel com adesivo úmido no mesmo pode ser exposto à energia térmica e/ou de radiação para começar a coalescer a composição de adesivo. A composição de adesivo, portanto, fixa nos componentes, incluindo a pluralidade de microesferas, em posição e adere os mesmos à superfície do forro de filme ou papel. Pode ser desejado secar apenas parcialmente a composição de adesivo até o ponto em que a composição se fixe nos componentes e mantenha os mesmos aderidos à superfície do forro de filme ou papel, mas não completamente seca. Um versado pode determinar o estado sem experimentação indevida. Conforme explicado acima, apenas a secagem parcial da composição de adesivo (isto é, deixando uma quantidade mais alta de hidratação no adesivo, tal como pelo menos 10% de teor de hidratação) permite que as microesferas expansíveis se expandam.
[0047] Após o adesivo começar a coalescer, o forro de filme ou papel é, então, exposto à energia térmica e/ou de radiação suficiente para expandir a pluralidade de microesferas. Em uma modalidade, o forro de filme ou papel com o adesivo úmido no mesmo é exposto ao calor em uma temperatura suficiente para expandir pelo menos a maioria das microesferas, entre as faixas de Texp e Tmáx. Em outra modalidade, o forro de filme ou papel com o adesivo úmido no mesmo é expostoà energia de micro-onda ou infravermelho suficiente para expandir pelo menos a maioria das microesferas expansíveis. O produto resultante é um forro de filme ou papel que tem um adesivo que tem microesferas expandidas no mesmo. A composição de adesivo pode ser, então, exposta à energia térmica e/ou de radiação para endurecer completamente a composição de adesivo.
[0048] Se desejado, após a aplicação da composição de adesivo ao primeiro lado do forro de filme ou papel, um segundo forro de filme ou papel que tem um primeiro lado e um segundo lado pode ser fornecido e o primeiro lado do segundo forro de filme ou papel aplicado à superfície da composição de adesivo aplicada, formando uma configuração de sanduiche. Portanto, a expansão das microesferas e o endurecimento do adesivo podem ocorrer conforme explicado acima.
[0049] As embalagens de substrato de múltiplas camadas formadas com os adesivos inventados contendo microesferas aprimoram a capacidade da embalagem de suportar deformação sob uma tensão constante em temperaturas elevadas. A expectativa das pessoas versadas na técnica é que a deformação do adesivo aumente com a adição de microesferas em temperatura elevada. De modo surpreendente, os substratos de múltiplas camadas com quantidade mais alta de microesferas têm deformação mais baixa em temperaturas elevadas que os adesivos sem qualquer microesfera em temperaturas na faixa de cerca de 50 °C a cerca de 110 °C, conforme mostrado na Figura 2. O adesivo da invenção é particularmente adequado para embalagens de consumo que são tipicamente direcionadas para o uso em temperaturas elevadas.
[0050] A presente invenção pode ser mais bem entendida através da análise dos seguintes exemplos, que não são limitantes e preten-dem apenas auxiliar na explicação da invenção.
[0051] Cada adesivo foi produzido por combinação dos componentes na Tabela 1 e então agitação por cerca de uma hora ou até a mis-tura tornar-se homogênea. TABELA 1.
[0052] Os substratos de múltiplas camadas foram formados com vários substratos com peso base e os adesivos listados na Tabela 1. Os substratos de papelão e seus calibres (espessura medida por mi- crômetro digital) e pesos base (obtidos por ponderação de um substrato 12" X12") são listados na Tabela 2. A amostra de adesivo designada foi aplicada entre os substratos superior e inferior com ou uma laminação completa com uma haste Meyer N° 15 (0,04 mm (1,5 mil)) ou gravada (modelada) com furos de 0,2 centímetros (5/64 polegadas) em um arranjo de tamanho de grade de 0,64 centímetros (0,25 polegada) e com os níveis de complementos especificados para formar o substrato de múltiplas camadas 1 a 9. As amostras comparativas, C1 a C7, foram também formadas com adesivos comparativos. Os substratos foram também testados isoladamente para fins de comparação.
[0053] Os calibres, os pesos base, os testes de esmagamento de borda (ECT) e as temperaturas de superfície foram medidos para to- das as estruturas listadas na Tabela 2. Os calibres e os pesos base foram medidos conforme descrito acima. Os ECTs foram medidos para determinar a resistência dos substratos de múltiplas camadas seguindo-se o Método de Teste TAPPI T-839 pm95, em um Testador Lorent- zen & Wettre (Modo N° 5) com modelo de gabarito de retenção ECT 08-25-25. As temperaturas de superfície foram também medidas para avaliar o isolamento térmico dos substratos de múltiplas camadas. A temperatura de superfície foi medida com a câmera USB ICI-7320 da Infrared Cameras Inc. e o software IR Flash associado (versão 2.12.12.7). A câmera foi posicionada a 41,91 centímetros (16,5 polegadas) de distância da superfície da placa aquecedora e os espécimes de teste (7,62x7,62 centímetros (3x3 polegadas) da estrutura) foram posicionados a 1,91 centímetro (3/4 polegadas) de distância de uma placa aquecedora de precisão a 55°C em um acessório de madeira. TABELA 2
[0054] O adesivo foi aplicado em um padrão para as Estruturas 1 a 9 e o adesivo foi completamente laminado para as Amostras Comparativas C1 a C7. Mesmo com o adesivo modelado, as Estruturas tiveram propriedades térmicas substancialmente similares.
[0055] O uso do adesivo da invenção diminuiu o peso base geral do substrato de múltiplas camadas. De fato, o uso do adesivo inventado reduziu o peso base do substrato a cerca de 7% (comparação entre a Estrutura 1 e C6), cerca de 18% (comparação entre a Estrutura 1 e C7) e mesmo até 26% (comparação entre a Estrutura 1 e C3) com proprie-dadestérmicas substancialmente similares e resistência aceitável.
[0056] Nas amostras de múltiplas camadas, as Estruturas 1 a 9 tiveram temperaturas de superfície substancialmente similares mesmo com substratos com peso base mais baixo e calibre mais baixo que as estruturas comparativas. O isolamento térmico substancialmente similar é definido como estando dentro de 2°C da Temperatura de superfície em 30 segundos, 60 segundos e 90 segundos a 1,91 centímetro (3/4 polegadas) de distância de uma fonte de calor. As estruturas formadas com peso base mais baixo tiveram menos de 2°C de separação em re-lação às estruturas comparativas feitas com substratos com peso base mais espesso sem quaisquer microesferas no adesivo em 30 segundos, 60 segundos e 90 segundos. De fato, as estruturas de múltiplas camadas com adesivo modelado, sem laminação completa, tiveram isola-mentotérmico similar em relação às amostras com adesivo completa-mente laminado com substratos com peso base muito mais alto. Além disso, os adesivos com microesferas a 40% em V/V tiveram isolamento térmico melhor (temperatura mais baixa a partir da medição de tempe-ratura de superfície) que microesferas a 20% em V/V.
[0057] O teste de esmagamento de borda aceitável é maior que 13,61 quilogramas (30 libras) para a estrutura. Os substratos de múltiplas camadas com adesivo completamente laminado tiveram valores de teste de esmagamento de borda mais altos que aqueles substratos de múltiplas camadas com padrões, no entanto, ambas as amostras laminas tiveram valores de teste de esmagamento de borda iguais ou maiores que 13,61 quilogramas (30 libras). Além disso, o volume mais alto de microesferas no adesivo resultou em valores de teste de esmagamento de borda mais baixos, mas, novamente, as amostras com volume mais alto de microesferas tiveram valores de teste de esmagamento de borda iguais ou maiores que 13,61 quilogramas (30 libras).
[0058] O Adesivo Comparativo A, Adesivo 1-20 e Adesivo 1-40 da Tabela 1 foram fundidos como filmes de 0,13 mm (5 mil) e secos. As amostras de adesivo foram medidas pelo Analisador Mecânico Dinâmico TA Instruments DMA Q-800 e o módulo foi medido por -50°C a 180°C. A Figura 1 mostra que os adesivos com as microesferas tiveram resistência mais alta (módulo mais alto) em temperaturas elevadas de cerca de 5°C a cerca de 175°C que o adesivo sem quaisquer microesferas. Além disso, o adesivo com volume mais alto de microes- feras teve a resistência mais alta.
[0059] As ligações sobrepostas foram preparadas por união de SBS de 12 pt com 1,27 centímetro (meia polegada) dividido em 0,13 mm (5 mil) do Adesivo Comparativo A, Adesivo 1-20 e Adesivo 1-40 da Tabela 1. A deformação (alongamento relativo) foi medida por -20°C a 140°C sob tensão de um quilograma constante. As ligações sobrepostas foram cortadas em tiras de 7 mm e testadas em DMA Q-800. Conforme demostrado na Figura 2, a deformação foi mais baixa para adesivos com microesferas do que sem qualquer microesfera em temperaturas elevadas, particularmente de cerca de 50°C a cerca de 110°C.
Claims (11)
1. Método para fabricar um artigo, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) fornecer um primeiro substrato com um primeiro lado e um segundo lado; (b) preparar uma composição adesiva combinando: (i) um polímero à base de emulsão selecionado do grupo consistindo em dispersão de etileno em acetato de vinila, acetato de polivinila, álcool polivinílico de acetato de polivinila, acetato de polivinila estabilizado com dextrina, copolímeros de acetato de polivini- la, copolímeros de acetato de vinila e etileno, vinilacrílico, estireno acrí-lico,acrílico, borracha de estireno butila, poliuretano e misturas dos mesmos; (ii) uma pluralidade de microesferas expansíveis, em que as microesferas estão presentes na composição adesiva em um volume de 10 v/v% a 50 v/v%; (c) aplicar o adesivo no primeiro lado do primeiro substrato em um padrão que é uma série de pontos, listras, ondas, padrões de tabuleiro de xadrez ou uma forma de poliedro que apresenta uma base plana; (d) fornecer um segundo substrato que apresenta um pri-meiro e um segundo lados; (e) contatar o primeiro lado do segundo substrato direta-mente no adesivo para formar o artigo; (f) coalescer a composição adesiva por meio da aplicação de calor ou radiação.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição adesiva compreende ainda uma segunda pluralidade de microesferas expansíveis.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição adesiva compreende ainda microesfe- ras pré-expandidas.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (f) que coalesce da composição adesiva é conduzida por meio da aplicação de calor direto.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo substratos são, independen-temente, uma placa de fibra, papelão ondulado, SBS (sulfato de bran-queamentosólido), papel kraft, papel revestido, película de polipropile- no orientada.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o substrato é um forro pelicular de papel plano.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa (g) após a etapa (f) que compreende: (g) expandir a pluralidade de microesferas por calor ou radiação.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa (g) é realizada por meio de radiação.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os meios de radiação são radiação de radiofrequência.
10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa (h) após a etapa (g) com-preendendo: (h) fixar o adesivo por meio de calor ou radiação.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato deque a etapa (h) é conduzida por meio de calor.
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