ES1222624U

ES1222624U - Articulos multicapa

Info

Publication number: ES1222624U
Application number: ES201830819U
Authority: ES
Inventors: Clarite Azerraf; Yuval Nevo; David Michael Leibler; Tal Ben Shalom; Einav Kulbak
Original assignee: MELODEA Ltd
Current assignee: MELODEA Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2028-05-31
Also published as: ES1222624Y

Abstract

1. Un artículo en forma de una estructura multicapa que consiste en entre 3 y 7 capas de material, en la que cada una de A, B y C es una capa de material, siendo la estructura multicapa una combinación de al menos una capa A, al menos una capa B y al menos una capa C, en la que: la capa A es un substrato que comprende un material seleccionado de entre un material polimérico, un papel o material de base papel, un material de base papel recubierto de polímero, un film de nanocelulosa, un film de nanocelulosa/polímero, un material de tela, un material poroso, un material de membrana, un material mineral, un barniz y un material metálico; la capa B es un nanomaterial de celulosa seleccionado de entre nanocristales (CNC) y una mezcla de CNC con al menos un aditivo o material soluble en agua o dispersable en agua, en el que la capa está libre de material nanoparticulado metálico y celulosa nanofribrilada (NFC); la capa C es una capa de cubierta que comprende un material seleccionado de entre un material polimérico, un papel o material de base papel, un material de base papel recubierto de polímero, un film de nanocelulosa, un film de nanocelulosa/polímero, un material de tela, un material poroso, un material de membrana, un material mineral, un barniz y un material metálico.

Description

DESCRIPCION

Artfculos multicapa

Campo tecnologico

La invencion se refiere generalmente a artfculos multicapa y usos de los mismos.

Antecedentes

Los nanocristales de celulosa (CNC) son una de las formas conocidas de la celulosa, el principal componente de las paredes de las celulas de arboles y plantas. Los CNC pueden estar presentes como solucion de cristales lfquidos en agua y se conoce que se autoensamblan a pelfculas del orden de macroescala que tienen espesores en la nanoescala.

Los cristales de tamano nano poseen propiedades opticas y estructurales interesantes dependientes del tamano. La capacidad de jugar con las variables de procesamiento proporciona la capacidad de controlar la estructura, composicion, tamano y nivel de dispersion de tales nanocristales.

Antecedentes de la tecnica

[1 ] Documento de patente internacional WO2017/046798

[2] Documento de patente internacional WO2013/132491

Descripcion general

Los inventores de la tecnologfa divulgada en este documento han desarrollado una estructura multicapa altamente estable y versatil o artfculos, basados en nanomateriales de celulosa, tales como nanocristales de celulosa (CNC), que pueden ser adaptados y procesados para una variedad de aplicaciones y los cuales son materiales superiores a las hojas de aluminio usadas, por ejemplo, en la industria de empaquetado de alimentos y los cuales presentan barreras superiores a gases, disolventes organicos, aceites y otros agentes.

Los artfculos de la invencion estan libres de nanopartfculas metalicas y son, asf, adecuados para una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo como materiales de empaquetado para alimentos, bebidas, productos de consumo y productos farmaceuticos. Los artfculos pueden ser adaptados o pre-estructurados de acuerdo con uno o mas de los usos finales o aplicaciones. Por ejemplo, un artfculo de acuerdo con la invencion puede ser adaptado espedficamente como un material de empaquetado de alimentos secos o como un material de empaquetado de alimentos lfquidos.

En un primer aspecto, la invencion proporciona un artfculo en forma de una estructura multicapa (la cual puede o no ser en forma de una hoja sustancialmente bidimensional) que comprende tres o mas capas de material, comprendiendo al menos una de dichas tres o mas capas de material un nanomaterial de celulosa seleccionado de entre nanocristales (CNC), celulosa nanofibrilar (NFC), celulosa microfibrilada (MFC), una combinacion de CNC y NFC, una combinacion de CNC y MFC, una mezcla de CNC con al menos un aditivo, por ejemplo, un polfmero, o una mezcla de NFC con al menos un aditivo, por ejemplo, un polfmero que es soluble en agua o dispersable en agua (tales como polfmeros ricos en grupos carboxilo o hidroxilo).

En algunas realizaciones, el artfculo multicapa comprende un substrato, un nanomaterial de celulosa, por ejemplo, capa de base CNC, y una capa de cubierta, de tal forma que la capa de nanomaterial de celulosa forma una interfase entre el substrato y la capa de cubierta.

En algunas realizaciones, el artfculo multicapa consiste en un substrato, una capa de base CNC y una capa de cubierta, de tal forma que la capa de base CNC forma una interfase entre el substrato y la capa de cubierta.

En algunas realizaciones el substrato y la capa de cubierta son la misma. En algunas realizaciones, el substrato y la capa de cubierta es son diferentes.

En algunas realizaciones, el artfculo tiene una estructura de capas de la forma ABC, en la que cada una de A, B y C es un capa de material, segun de representa en la figura 1, en la que: A es un substrato que comprende o consiste en un material seleccionado de entre un material polimerico, un papel o material de base papel, un material de base papel, por ejemplo un carton, recubierto de polfmero, un film de nanocelulosa, un film de nanocelulosa/polfmero, un material de tela, un material poroso o un material de membrana; y otros; B es un nanomaterial de celulosa, segun se selecciona en este documento, por ejemplo, un material de base CNC que comprende CNC o consiste en CNC; C es una capa de cubierta que comprende o consiste en un material seleccionado de entre un material polimerico, un papel o material de base papel, un material de base papel, por ejemplo un carton, recubierto de polfmero, un film de nanocelulosa, un film de nanocelulosa/polfmero, un material de tela, un material poroso o un material de membrana, un material metalico, por ejemplo una hoja o foil de metal.

En algunas realizaciones, la capa B no comprende ni consiste en NFC.

Las capas A y C pueden, adicional o alternativamente, una o ambas, estar recubiertas o hechas de un material de barniz. Como se conoce en la tecnica, los barnices son materiales hidrofobos que por si mismos pueden actuar como capa resistente al agua, barrera de vapor de agua o suministrar proteccion mecanica a cualquier capa con la que se asocien, por ejemplo, capa B, o cualesquiera de las capas A y C segun se definen es este documento. Tambien pueden proveerse las capas de barniz, bien directamente sobre la capa B o sobre cualquiera de las dos o ambas capas A o C, para obtener la capacidad de imprimir sobre ellas. El material o composicion de barniz puede obtenerse segun esta disponible comercialmente o puede ser adaptado para el proposito particular. El material de barniz es, tfpicamente, una composicion que contiene uno o mas de polfmeros, por ejemplo, poliuretano, acrflico, epoxido, poliester; resinas tales como resina fenolica, resina alqufdica, resina de poliuretano; y aceites tales como aceite de linaza, aceite de nuez, aceite de tung y aceite de soja.

En algunas realizaciones, para propositos y aplicaciones particulares, la hoja externa (substrato A o capa de cubierta C mostradas en la figura 1) puede ser un film o foil metalico o un compuesto metalico. La capa B no es un film o foil metalico ni comprende material(es) metalico(s).

En algunas realizaciones, ni el substrato A ni la capa de cubierta C es un film de nanocelulosa ni comprende tal material.

Debe notarse que los terminos “substrato” y “capa de cubierta” no deben tomarse para proponer ninguna direccionalidad a los artfculos de la invencion. En otras palabras, el termino “substrato” no necesita ser la capa mas inferior o la capa a partir de la cual arranca la fabricacion del artfculo. De manera similar, el termino “capa de cubierta” no debe ser contemplado como la capa mas superior ni la capa que envuelve o cubre al resto de capas o componentes de la estructura multicapa.

Segun se nota en este documento, la capa B comprende o consiste en un nanomaterial de celulosa, tal como CNC y NFC. En algunas realizaciones, la capa B esta libre de NFC.

Los nanocristales de celulosa (CNC) o celulosa nanocristalina (NCC) son fibras producidas a partir de celulosa, en las que los CNC son, tfpicamente, cristales individuales de alta pureza. Estos constituyen una clase generica de materiales que tienen resistencias mecanicas equivalentes a las fuerzas de enlace de atomos adyacentes. La estructura altamente ordenada resultante produce no solo resistencia inusualmente elevadas sino tambien cambios significativos en propiedades termicas, electricas, opticas, magneticas, ferromagneticas, dielectricas, conductoras e incluso superconductoras. Las propiedades de resistencia a la traccion de los CNC estan muy por encima de las de refuerzos de contenido en volumen elevado actuales y permiten el procesamiento de las resistencias de compuestos alcanzables mas elevadas.

Segun se conoce en la tecnica, las nanofibras de celulosa (CNF o NFC) son materiales celulosicos compuestos por al menos una fibra primaria, que contiene regiones cristalinas y amorfas, con relaciones de aspecto usualmente mayores de 50. Su longitud es 0,1-5 mm y su diametro es 5-60 nm. De manera similar, la microfibras de celulosa (CMF o MFC) son materiales celulosicos que contienen regiones cristalinas y amorfas con relaciones de aspecto usualmente may/ores de 50. Su longitud es de unos pocos micrometros y su diametro es mayor de 100 nm. Las CMF pueden contener alguna fraccion de CNF.

En algunas realizaciones, el nanomaterial de celulosa se caracteriza por tener al menos 50 por ciento de cristalinidad. En algunas realizaciones, el nanomaterial de celulosa es monocristalino. En algunas realizaciones, el nanomaterial de celulosa es material monocristalino de pureza elevada.

En algunas realizaciones, los nanocristales del nanomaterial tienen una longitud de al menos alrededor de 50 nm. En otras realizaciones, son como mmimo alrededor de 100 nm de longitud o son como maximo de 1.000 nm de longitud. En otras realizaciones, los nanocristales son entre alrededor de 100 nm y 1.000 nm de longitud, 100 nm y 900 nm de longitud, 100 nm y 600 nm de longitud o entre 100 nm y 500 nm de longitud.

En algunas realizaciones, los nanocristales son entre alrededor de 10 nm y 100 nm de longitud, 100 nm y 1.000 nm, 100 nm y 900 nm, 100 nm y 800 nm, 100 nm y 600 nm, 100 nm y 500 nm, 100 nm y 400 nm, 100 nm y 300 nm o entre alrededor de 100 nm y 200 nm de longitud.

Los nanocristales pueden seleccionarse para tener una relacion de aspecto media (relacion longitud a diametro) de 10 o mas. En algunas realizaciones, la relacion de aspecto media es entre 10 y 100, o entre 20 y 100, o entre 30 y 100, o entre 40 y 100, o e ntre 60 y 100, o entre 70 y 100, o entre 80 y 100, o entre 90 y 100, o entre 6 62 y 100, o entre 63 y 100, o entre 64 y 100, o entre 65 y 100, o entre 66 y 10

o entre 68 y 100, o entre 69 y 100.

En algunas realizaciones, la relacion de aspecto media es entre 67 y 100.

En algunas realizaciones, el nanomaterial de celulosa es CNC. En algunas realizaciones, el nanomaterial no es NFC.

Dependiendo del proceso utilizado para la produccion de los CNC o las NFC, el material puede estar en una variedad de purezas. En algunos casos, el nanomaterial de celulosa puede comprender sales y/o hidratos de carbono tales como hemicelulosa, xiloglucano, derivados de la celulosa y otros. Asf, los CNC o NFC usadas de acuerdo con la invencion pueden comprender entre 0,01% y 0,5% de impurezas, por ejemplo, hidratos de carbono y sales.

La capa B dota la estructura multicapa de una o mas propiedades que pueden ser mejoradas, reducidas o modificadas de otra manera seleccionando un substrato o capa de cubierta apropiados. En algunas realizaciones, la composicion del material de la capa B se selecciona para presentar propiedades de barrera de gas, propiedades de barrera de aceite y propiedades de barrera de vapor de agua. Las propiedades de barrera de gas incluyen impedir, frenar o minimizar la penetracion o transporte de gases a traves de la estructura multicapa, siendo el gas seleccionado de entre oxfgeno, dioxido de carbono, aroma, SOX, NOX, metano, gases fluorados y otros. Las propiedades de barrera de aceite incluyen impedir, frenar o minimizar la penetracion o transporte de aceites tales como aceite vegetal, aceite mineral o grasa.

La capa B puede, tambien, seleccionarse para tener una composicion o un espesor que dota la estructura multicapa de soporte mecanico. Puede ser una capa transparente o una opaca o no transparente y, en algunos casos, puede ser adaptada para bloquear ciertas longitudes de onda.

En algunas realizaciones, la capa B comprende una mezcla de CNC con al menos otro material de nanocelulosa tal como NFC, o con al menos un aditivo. En algunas realizaciones, la capa B comprende o consiste en NFC. Donde la capa comprende NFC, puede comprender, adicionalmente, al menos un aditivo, tal como un polfmero, o puede presentarse como una mezcla con CNC.

En algunas realizaciones, la capa B consiste en CNC o una combinacion de CNC y NFC.

En algunas realizaciones, la capa B comprende CNC y/o NFC en combinacion con (como una mezcla) al menos un polfmero seleccionado de entre PVOH, PVAc, EVOH, PVP, almidon, chitosan, acido poliacrflico, polietilenimina hidratos de carbono, EVA y poliuretanos.

En algunas realizaciones, el aditivo o cualquier otro material usado en combinacion con los CNC y/o NFC no es polipropileno biorientado (BOPP).

En algunas realizaciones, la capa B es una capa de CNC que puede consistir en CNC o puede comprender una mezcla (una mixtura, no capas separadas) de CNC y al menos un aditivo, por ejemplo, tal como un polfmero seleccionado para dotar al material o capa de CNC de una o mas propiedades seleccionadas de entre barrera de gas, barrera de aceite, barrera de vapor de agua, mejores propiedades mecanicas, propiedades termicas, propiedades adhesivas y otras.

La capa de nanomaterial de celulosa, por ejemplo CNC, puede estar compuesta por el nanomaterial, tal como CNC y al menos un aditivo, por ejemplo, un material polimerico, en la que la cantidad del aditivo, por ejemplo, material polimerico, varfa entre 0,1-99 % en peso de la capa de nanomaterial (con respecto a la cantidad total del peso de los materiales que constituyen la capa). En algunas realizaciones, la cantidad de material polimerico esta entre 0,1 y 90%, 0,1 y 85%, 0,1 y 80%, 0,1 y 75%, 0,1 y 70%, 0,1 y 65%, 0,1 y 60%, 0,1 y 55%, 0,1 y 50%, 0,1 y 45%, 0,1 y 40%, 0,1 y 35%, 0,1 y 30%, 0,1 y 25%, 0,1 y 20%, 0,1 y 15%, 0,1 y 10%, 0,1 y 9%, 0,1 y 8%, 0,1 y 7%, 0,1 y 6%, 0,1 y 5%, 0,1 y 4%, 0,1 y 3%, 0,1 y 2%, 0,1 y 1%, 1 y 90%, 5 y 90%, 10 y 90%, 15 y 90%, 20 y 90%, 25 y 90%, 30 y 90%, 35 y 90%, 40 y 90%, 45 y 90%, 50 y 90%, 55 y 90%, 60 y 90%, 65 y 90%, 70 y 90%, 75 y 90%, 80 y 90%, 85 y 90%, 1 y 85%, 5 y 80%, 10 y 80%, 15 y 75%, 20 y 70%, 25 y 65%, 30 y 60%, 35 y 55% o 40 y 50%.

En algunas realizaciones, el aditivo es un polfmero tal como PVOH, presente en una cantidad entre 50 y 70% o entre 60 y 70% o entre 70 y 90% o entre 70 y 80% de una composicion que consiste en el aditivo y CNC (en otras palabras, una cantidad entre 70% y 90% de polfmero significa 70-90% polfmero y 30-10% CNC).

En algunas realizaciones, la relacion de aditivo a CNC es 1:1,1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9. 1:10. 10:1,9:1,8:1,7:1,6:1,5:1,4:1,3:1 o 2:1.

El al menos un aditivo puede ser un polfmero o cualquier aditivo tal como un plastificante tal como glicerol o sorbitol; un tensoactivo; un material particulado tal como partfculas o nanopartfculas de Mg (excluyendo nanopartfculas de otros elementos); un pigmento; un hidrato de carbono; una sal; un material conductor; un neutralizador de oxfgeno y otros.

Donde el aditivo no es un polfmero, puede estar presente en cantidades segun se indica arriba o en cantidades que varfan entre 1% y 20%.

En algunas realizaciones, la capa B comprende CNC/PVOH. La capa tiene un espesor de 100 nm - 20 mm. En algunas realizaciones, el espesor es entre 100 y 900 nm, entre 900 nm y 20 mm, entre 1.000 nm y 20 mm, entre 1 mm y 20 mm o entre 1 mm-10 mm.

En algunas realizaciones, el espesor es entre 1 mm y 20 mm, entre 1 mm y 20 mm, entre 1 mm y 15 mm, entre 1 mm y 10 mm o entre 1 mm y 5 mm.

Cada una de las capas A y C dota la estructura multicapa de capacidades mecanicas y de barrera que pueden ser adaptadas para cumplir con una o mas aplicaciones finales. Ambos, el substrato y la capa de cubierta pueden ser imprimidos, laminados o asociados de otra manera con una o mas capas, foils, films o recubrimientos. Una estructura multicapa que tiene la forma general ABC, puede ser plegada o dispuesta en una bolsa o un recipiente o una caja de tal forma que o bien A o C pueden ser la superficie externa de la bolsa o recipiente o caja, o la cara interna del mismo. Dependiendo del producto final, puede seleccionarse el material o composicion de cada una de las capas A y C.

En algunas realizaciones, cada una de las capas A y C se selecciona, independientemente una de la otra, de entre polietileno, polipropileno, poliester, alcohol de polivinilo, etilen-vinil alcohol, poliamida, poliestireno, acido polilactico, polihidroxialcanoato, policaprolactona, polihidroxibutirato, acetato de polivinilo, poliacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno, celulosa, tereftalato de polietileno, cloruro de polivinilo y policarbonato.

En algunas realizaciones, una de las capas A y C es un carton recubierto con polfmero, en el que el polfmero se selecciona de entre polietileno, polipropileno, poliester, alcohol de polivinilo, etilen-vinil-alcohol, poliamida, poliestireno, acido polilactico, polihidroxialcanoato, policaprolactona, polihidroxibutirato, acetato de polivinilo, poliacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno, celulosa, tereftalato de polietileno, cloruro de polivinilo y policarbonato.

En algunas realizaciones, al menos una de las capas A y C, independientemente de la otra, es o comprende una tela. La tela puede ser cualquier textil, tela natural, tela sintetica, punto, material tejido, material no tejido o malla de un material seleccionado de entre celulosa, viscosa, fibras de vidrio, fibras de carbono y fibras sinteticas. De manera similar, la tela puede ser en forma de una membrana, seleccionada segun se indica.

En algunas realizaciones, donde una hoja o foil de metal constituye al menos una de las capas A y C, independientemente de la otra, el metal puede seleccionarse de entre aluminio, silicio, zinc, hierro, titanio o un oxido o aleacion de los mismos.

Las capas A y B y/o capas B y C pueden estar asociadas una con otra directamente o pueden estar separadas por un(os) material(es) de interfase segun se representa para el proposito de ejemplificacion en la figura 2. El material de interfase entre A y B no necesita ser el mismo que el material de interfase que asocia las capas B y C, o uno o ambos materiales de interfase pueden estar ausentes. Independientemente de si o no las capas estan asociadas directamente o por medio de un material de interfase, la capa de substrato y/o la capa de cubierta pueden estar pretratradas para permitir una asociacion entre las capas estable y de larga duracion. El pretratamiento puede conllevar uno o mas de plasma, corona, llama, calor o cualesquiera otros metodos de pretratamiento conocidos.

Adicional o alternativamente, las capas pueden estar asociadas una a la otra por medio de un material de imprimacion o un material adhesivo, mostrados en la figura 2 como las capas que estan entre las capas A y B o entre las capas B y C. Este imprimador o adhesivo puede ser inherente al substrato o a la capa de cubierta (especfficamente, embebido dentro del material de substrato/capa de cubierta) y asf puede no estar anadido como un film o capa separados o como un pretratamiento o paso de proceso separado. En casos en los que los materiales de imprimacion o adhesivo no son parte del substrato o la capa de cubierta, estos pueden ser aplicados en una capa sobre el substrato o la capa de cubierta para formar una capa adicional cuyo proposito puede ser inducir la adhesion o asociacion entre las capas y que, tfpicamente, aunque opcionalmente no, tengan un efecto sobre cualesquiera propiedades caracterfsticas mecanicas o funcionales o de otro tipo de la estructura multicapa. La capa o film de imprimacion o adhesiva tfpicamente no se usa para dotar la estructura multicapa de una o mas propiedades funcionales. No obstante, la seleccion de un material de imprimacion o adhesivo puede ser para, adicionalmente, introducir, reforzar o aminorar una o mas propiedades asociadas con la estructura multicapa como un todo o con una o mas capas de la misma. Tal propiedad puede ser facilidad de plegado, elasticidad, transparencia, absortividad, transmitancia de luz, permeabilidad de gases o disolventes, humectabilidad, resistencia termica y otras. La capa de imprimacion o capa adhesiva comprende un material seleccionado de entre poliuretano, epoxido, acrilato, adhesivos termofusibles, polielectrolitos (por ejemplo, polietilenimina) y materiales de barniz.

En algunas realizaciones, la estructura multicapa comprende 3 capas: una capa substrato (A), una capa de CNC (B) y una capa de cubierta (C), cada una segun se define en este documento, segun se ejemplifican en la figura 1. En algunas realizaciones, la estructura multicapa comprende 3 o 4 o 5 o 6 o 7 u 8 o 9 o 10 capas, de tal forma que al menos una capa constituye una capa substrato, segun se define, una capa de nanomaterial de celulosa, segun se define, y una capa de cubierta, segun se define. En algunas realizaciones, el material de cada capa puede ser diferente del material de una capa adyacente o del material de una o mas de las otras capas en la estructura multicapa, o puede ser diferente de un material de cualquier capa adyacente pero el mismo que el material de una capa no adyacente. Por ejemplo, en una estructura multicapa de la forma ABCC, la capa de material A puede ser diferente de cada una de las capas de material C y cada una de las capas de material C pueden tambien ser diferentes de cada una de las otras, formando una estructura multicapa de la forma ABC1C2. Ejemplos de multiestructuras se proveen en las figuras 3A-D.

En algunas realizaciones, cada una de las capas A y C se repite dos veces o mas, especfficamente una estructura multicapa puede ser en la forma AABCC o ABCC o AABC o AABCBC o ABCBCC, en las que cada una de A, B y C son segun se definen en este documento y, ademas, en las que cada par de capas adyacentes pueden estar asociadas directamente o por medio de un film o capa de imprimacion o adhesiva. Por ejemplo, en una estructura de la forma AABCC, cada A puede ser diferente de la otra y cada C puede ser diferente de otra C. Como las capas materiales A y C pueden seleccionarse de entre los mismos materiales, la estructura multicapa puede ser simetrica alrededor de la capa B central o asimetrica.

La estructura multicapa de la invencion puede ser en la forma de una hoja o una hoja de material conformada o plegada, segun se define en este documento. Donde se presenta como una hoja de material, esta puede ser de cualquier tamano y forma, puede estar impresa o coloreada, puede ser completamente transparente u opaca y puede ser tratada superficialmente. La hoja puede ser cortada, plegada o procesada en cualquier forma, tamano u objeto tal como una bolsa o una caja o una envoltura o un recipiente que se forma de la hoja, o que comprende al menos un elemento o componente que esta hecho de una estructura multicapa de la invencion. En algunas realizaciones, el objeto es para empaquetado de productos, alimentos, lfquidos, productos farmaceuticos o cualquier material que requiera aislamiento o proteccion del ambiente, por ejemplo, gases, vapor de agua, ciertas longitudes de onda de la luz y otros agentes o efectos daninos de los cuales puede proteger la estructura multicapa (formando una barrera impermeable).

Debido a sus propiedades unicas, la hoja puede usarse como un sustituto de las hojas de aluminio en materiales de empaquetado. Segun se conoce en el campo, las hojas de aluminio se usan ampliamente en empaquetado de productos debido a su capacidad para bloquear completamente la penetracion de gases, agua y luz y, tambien, debido a su contribucion a la estabilidad mecanica del envase. Hay, no obstante, ciertas desventajas para el uso de foils de aluminio, principalmente que tienen que ver con su impacto sobre el ambiente causado por su incapacidad para experimentar degradacion, y dificultades asociadas con el reciclado de envases que contienen aluminio. Las propiedades de bloqueo de la luz del aluminio tambien se consideran una desventaja cuando se necesitan envases transparentes. Otra desventaja del aluminio es la transmitancia termica la cual no es deseada en aplicaciones tales como paneles aislados al vacfo, donde se necesita buena barrera de gas pero no transferencia de calor elevada.

La estructura de capas de la invencion es un sustituto adecuado del aluminio al proporcionar un material que tiene propiedades de barrera y mecanicas, con el beneficio de ser reciclable y degradable, siendo transparente a la luz, aislante termico y puede proveerse como capas de barrera mucho mas delgadas, alcanzando las mismas propiedades de barrera deseadas (por ejemplo, un capa de barrera de 2 mm conduce al nivel OTR deseado en una estructura en la se usa usualmente una foil de aluminio de 5 mm.

Asf, de acuerdo con algunos aspectos, la invencion proporciona un artfculo en forma de una estructura multicapa que consta de entre 3 y 7 capas de material, siendo la estructura multicapa de la forma ABC, en la que cada una de A, B y C es una capa de material, en la que:

la capa A es un substrato que comprende un material seleccionado de entre un material polimerico, un papel o material de base papel, un material de base papel recubierto de polfmero, un film de nanocelulosa, un film de nanocelulosa/polfmero, un material de tela, un material poroso, un material de membrana, un material mineral, un barniz y un material metalico;

la capa B es un nanomaterial de celulosa seleccionado de entre nanocristales (CNC), celulosa nanofibrilar (NFC), celulosa microfibrilar (MFC), una combinacion de CNC y NFC, una combinacion de CNC y MFC y una mezcla de CNC con al menos un aditivo soluble enagua o dispersable en agua;

la capa C es una capa de cubierta que comprende un material seleccionado de entre un material polimerico, un papel o material de base papel, un material de base papel recubierto de polfmero, un film de nanocelulosa, un film de nanocelulosa/polfmero, un material de tela, un material poroso, un material de membrana, un material mineral, un barniz y un material metalico.

En algunas realizaciones, la capa del nanomaterial de celulosa comprende entre 0,1% en peso y 3% en peso de impurezas del peso total de la capa, en la que las impurezas se seleccionan de entre hidratos de carbono y sales.

En algunas realizaciones, el artfculo consiste en una capa de CNC o una capa de una mezcla de CNC y al menos un aditivo; un substrato y una capa de cubierta.

En algunas realizaciones, el artfculo consiste en una capa de una mezcla de CNC y PVOH; un substrato y una capa de cubierta.

En algunas realizaciones, cada una de la capa A y la capa C es un papel o material de base papel.

En algunas realizaciones, cada una de la capa A y la capa C es de un material polimerico, un material de base papel recubierto de polfmero o un film de nanocelulosa/polfmero.

En algunas realizaciones, la capa B comprende CNC y/o NFC mezclada con al menos un polfmero seleccionado de entre PVOH, PVAc, EVOH, PVP, almidon, chitosan, acido poliacrflico, polietilenimina, hidratos de carbono, EVA y poliuretanos.

En algunas realizaciones, la cantidad del al menos un polfmero varfa entre 0,1 y 99% en peso del material de nanocelulosa.

En algunas realizaciones, el al menos un aditivo es un polfmero o un aditivo seleccionado de entre un plastificante, un tensoactivo, un material particulado, un pigmento, un hidrato de carbono, una sal, un material conductor y un neutralizador de oxfgeno.

En algunas realizaciones, el al menos un aditivo esta presente en una cantidad que varfa entre 1% y 20%.

En algunas realizaciones, la capa B es de un espesor de 100 nm - 20 mm.

En algunas realizaciones, cada una de las capas A y C es de un material seleccionado, independientemente de la otra, de entre polietileno, polipropileno, poliester, alcohol de polivinilo, etilen-vinil-alcohol, poliamida, poliestireno, acido polilactico, polihidroxialcanoato, policaprolactona, polihidroxibutirato, acetato de polivinilo, poliacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno, celulosa, tereftalato de polietileno, cloruro de polivinilo y policarbonato.

En algunas realizaciones, una o ambas de las capas A y C es un carton recubierto con polfmero, en el que el polfmero se selecciona de entre polietileno, polipropileno, poliester, alcohol de polivinilo, etilen-vinil-alcohol, poliamida, poliestireno, acido polilactico, polihidroxialcanoato, policaprolactona, polihidroxibutirato, acetato polivinilo, poliacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno, celulosa, tereftalato de polietileno, cloruro de polivinilo y policarbonato.

En algunas realizaciones, al menos una de las capas A y C, independientemente de la otra, es o comprende una tela.

En algunas realizaciones, las capas A y B y/o las capas B y C estan asociadas una con otra directamente o separadas por una material de interfase seleccionado de entre un material de imprimacion y un material adhesivo.

En algunas realizaciones, el artfculo consiste en 3 capas: una capa substrato, una capa de CNC y una capa de cubierta.

En algunas realizaciones, la capa de CNC consiste en una mezcla de CNC y PVOH.

En algunas realizaciones, la estructura multicapa es de una forma seleccionada de entre AABCC, ABCC, AABC, AABCBC, ABCBCC, en las que cada una de A, B y C son segun se define en este documento.

En algunas realizaciones, el artfculo se provee cuando se usa en el empaquetado de productos, alimentos, lfquidos y productos farmaceuticos.

La invencion proporciona, adicionalmente, un artfculo en forma de una estructura multicapa que consiste en entre 3 y 7 capas de material, siendo la estructura multicapa de la forma ABC, en la que cada una de A, B y C es una capa de material, en la que:

la capa B es un nanomaterial de celulosa seleccionado de entre nanocristales (CNC) y una mezcla de CNC con al menos un aditivo o material soluble en agua o dispersable en agua, en el que la capa esta libre de material nanoparticulado metalico y celulosa nanofribrilada (NFC); la capa C es una capa de cubierta comprende un material seleccionado de entre un material polimerico, un papel o material de base papel, un material de base papel recubierto de polfmero, un film de nanocelulosa, un film de nanocelulosa/polfmero, un material de tela, un material poroso, un material de membrana, un material mineral, un barniz y un material metalico.

Descripcion detallada de realizaciones

Ejemplo 1: una estructura de 3 capas:

Capa A: polietileno de baja densidad (PEBD) - 20 mm, tratado con Corona

Capa B: una capa de PVOH/CNC - 5 mm

Capa C: polietileno de baja densidad (PEBD) - 20 mm, tratado con Corona y recubierto sobre la cara tratada con un adhesivo

La multicapa incluye Capa A/Capa B/Capa C

Metodo de preparacion:

1. Un film de PEBD (Capa A) fue tratado superficialmente con corona;

2. Una suspension acuosa de PVOH/CNC fue aplicada en una capa sobre la superficie tratada del PEBD, seguida por secado completo (Capa B);

3. La capa de film de PEBD tratada con corona recubierta con un adhesivo y laminada a la capa B, con la cara recubierta de adhesivo mirando a la capa de PVOH/CNC (Capa C).

La estructura multicapa era transparente, flexible y pudo ser laminada despues para incluir capas adicionales para la produccion de envases flexibles o rfgidos con buenas capacidades de barrera. Las capas de PEBD proporcionaron capacidades de barrera de agua, vapor de agua y aceite. La capa interna de PVOH/CNC proporciono capacidades de barrera de gas.

Ejemplo 2: una estructura multicapa (3 capas):

Capa A: polipropileno - 30 mm, recubierto con una capa de adhesivo termofundido (por ejemplo etilvinil acetato).

Capa B: una capa de PVOH/CNC - 5 mm

Capa C: polipropileno - 30 mm, recubierto con una capa de adhesivo termofundido (por ejemplo etilvinil acetato).

La multicapa incluye Capa A/Capa B/Capa C

Metodo de preparacion:

1. Un film de polipropileno (Capa A) es recubierta con un adhesivo termofundido (por ejemplo etilvinil acetato)

2. Una suspension acuosa de PVOH/CNC fue aplicado en una capa sobre la capa de adhesivo termofundido, seguida por secado completo (Capa B)

3. El film de polipropileno, recubierto con la capa de adhesivo termofundido, es laminado a la capa B, con el lado recubierto de adhesivo mirando a la capa de PVOH/CNC (Capa C)

La estructura multicapa es transparente, flexible y puede ser laminada despues a mas capas para la produccion de envases flexibles o rfgidos con buenas capacidades de barrera. Las capas de polipropileno dan capacidades de barrera de agua, vapor de agua y aceite. La capa interna de PVOH/CNC proporciono capacidades de barrera de gas y mejora las propiedades mecanicas.

Las propiedades mecanicas de las estructuras de capas descritas en el Ejemplo 2 se ensayaron mediante ensayos de traccion, usando una maquina Instron:

• El modulo de elasticidad se mejoro en 40-125% comparado con la referencia de capas A y C laminadas juntas.

• El alargamiento a la rotura se mejoro en 7-20% comparado con la referencia de capas A y C laminadas juntas.

Ejemplo 3: una estructura de 5 capas:

Capa A1: polietileno de baja densidad (PEBD) - 20 mm

Capa A2: carton, recubierto con PEBD

Capa A3: polietileno de baja densidad (PEBD) - 15 mm, tratado con corona

Capa B: una capa de PVOH/CNC - 4 mm

Capa C1: polietileno de baja densidad (PEBD) - 15 mm, tratado con corona

Capa C2: polietileno de baja densidad (PEBD)

La multicapa incluye Capa A/1 Capa A2/ Capa A3/Capa B/Capa C1/Capa C2

Metodo de preparacion:

1. Un film de PEBD (Capa A3) fue tratada superficialmente con corona;

2. Una suspension acuosa de PVOH/CNC fue aplicado en una capa sobre la superficie tratada del PEBD, seguida por secado completo (Capa B);

3. La capa de film de PEBD tratada con corona fue laminada a la Capa B, con el lado tratado con corona mirando a la capa de PVOH/CNC (Capa C1);

4. PEBD fue extrufdo sobre la superficie de un carton (Capa A2);

5. PEBD fue extrufdo desde el otro lado del carton (Capa A1);

6. La multicapa de capas A3/B/C1 fue laminada a la capa A2;

7. PEBD fue extrufdo sobre la Capa C1 (Capa C2).

Esta estructura multicapa puede usarse para envases rfgidos. La capa de carton dio estabilidad mecanica, las capas de PEBD dieron capacidades de barrera de agua, vapor de agua y aceite. La capa interna de PVOH/CNC proporciono capacidades de barrera de gas.

• Esta estructura con una Capa B que tenia un espesor de ~1,2 mm tuvo OTR~4 al 80 % HR

Esta estructura con una Capa B que tenia un espesor de ~2,4 mm tuvo OTR~2 al 80 % HR

Esta estructura con una Capa B que tenia un espesor de ~4 mm tuvo OTR~1 al 80 % HR

Esta estructura con una Capa B que tenia un espesor de ~5 mm tuvo OTR<1 al 80 % HR.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un artfculo en forma de una estructura multicapa que consiste en entre 3 y 7 capas de material, en la que cada una de A, B y C es una capa de material, siendo la estructura multicapa una combinacion de al menos una capa A, al menos una capa B y al menos una capa C, en la que:

la capa B es un nanomaterial de celulosa seleccionado de entre nanocristales (CNC) y una mezcla de CNC con al menos un aditivo o material soluble en agua o dispersable en agua, en el que la capa esta libre de material nanoparticulado metalico y celulosa nanofribrilada (NFC);

2. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, consistiendo el artfculo en una capa de CNC o una capa de una mezcla de CNC y al menos un aditivo o material; un substrato; y una capa de cubierta.

3. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, consistiendo el artfculo en una capa de una mezcla de CNC y PVOH; un substrato; y una capa de cubierta.

4. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cada una de la capa A y la capa C es un papel o material de base papel.

5. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cada una de la capa A y la capa C es de un material polimerico, un material de base papel recubierto con polfmero o un film de nanocelulosa/polfmero.

6. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la capa B consiste en CNC mezclado con PVOH.

7. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la cantidad de PVOH varfa entre 0,1 y 99% en peso del material de CNC.

8. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un aditivo o material es un polfmero o un aditivo seleccionado de entre un plastificante, un tensoactivo, un material particulado, un pigmento, un hidrato de carbono, una sal, un material conductor y un neutralizador de oxfgeno.

9. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cada una de las capas A y C es de un material seleccionado, independientemente de la otra, de entre polietileno, polipropileno, poliester, alcohol de polivinilo, etilen-vinil-alcohol, poliamida, poliestireno, acido polilactico, polihidroxialcanoato, policaprolactona, polihidroxibutirato, acetato de polivinilo, poliacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno, celulosa, tereftalato de polietileno, cloruro de polivinilo y policarbonato.

10. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que una o ambas de las capas A y C es un carton recubierto con polfmero, en el que el polfmero se selecciona de entre polietileno, polipropileno, poliester, alcohol de polivinilo, etilen-vinil-alcohol, poliamida, poliestireno, acido polilactico, polihidroxialcanoato, policaprolactona, polihidroxibutirato, acetato de polivinilo, poliacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno, celulosa, tereftalato de polietileno, cloruro de polivinilo y policarbonato.

11. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las capas A y B y/o las capas B y C estan asociadas una con otra directamente o separadas por una material de interfase seleccionado de entre un material de imprimacion y un material adhesivo.

12. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, que consiste en 3 capas: una capa substrato, una capa de CNC y una capa de cubierta.

13. El artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la estructura multicapa es de una forma seleccionada de entre AABCC, ABCC, AABC, AABCBC, ABCBCC, en las que cada una de A, B y C son segun se definen en la reivindicacion 1.

14. Uso del artfculo de acuerdo con la reivindicacion 1 para el empaquetado de productos, alimentos, lfquidos y productos farmaceuticos.