ES2203263A1 - Procedimiento de preparación de una lámina espumada de poliestireno para la fabricación de envases formados y llenados en máquinas automáticas (FFS), para productos lácteos frescos y postres. - Google Patents

Abstract

Se describe un procedimiento mediante el que es posible preparar una lámina espumada de poliestireno especialmente indicada para la fabricación de envases para contener productos lácteos frescos y postres, en virtud de la cual se consigue un importante ahorro de peso que alcanza el 15%. El procedimiento se basa en la co- extrusión de una lámina espumada, dispuesta a modo de sandwich entre otras dos de características estándar, no espumadas. La lamina espumada presenta la formación de múltiples celdillas internas determinantes de su menor peso. El procedimiento se desarrolla observando determinadas condiciones de temperatura, según un perfil especial concreto, en función de la zona del extrusor de que se trate. La capa espumada se obtiene a base de poliestireno de alto impacto y cristal, con la adición de un agente espumante endotérmico a base de compuestos derivados de ácido cítrico y de bicarbonato.

Description

Procedimiento de preparación de una lámina espumada de poliestireno para la fabricación de envases formados y llenados en máquinas automáticas (FFS), para productos lácteos frescos y postres.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de preparación de una lámina espumada de poliestireno, especialmente aplicable a la fabricación de envases formados y llenados en máquinas automáticas FFS (Form, Fill, Seal), para contener productos lácteos frescos y postres, que aporta esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a lo que se conoce y utiliza para fines similares en el estado actual de la técnica.

De manera más concreta, la invención propone el desarrollo de un procedimiento destinado a conseguir una lámina susceptible de ser sometida a procesos de termoformado para la obtención de los envases deseados, que presenta unas características realmente ventajosas frente a las láminas convencionales en virtud de un peso mucho más reducido obtenido como resultado de la espumación química a la que se somete, así como unas características de procesabilidad y de producto acabado inherentes a la lámina así formada, que superan en gran medida a tales láminas convencionales.

El campo de aplicación de la presente invención se encuentra comprendido dentro de la industria dedicada en general a la fabricación de envases y embalajes por termoformado, con especial aplicación al sector de los envases para los productos lácteos, postres y similares.

Antecedentes y sumario de la invención

En el sector del embalaje, y en concreto con referencia al poliestireno, es común encontrar en la actualidad numerosos ejemplos de materiales espumados. Estos pueden ser tanto monomaterial como un complejo multimaterial. En el último caso, los métodos de transformación pueden ser diversos, ya sea implicando un único paso (co-extrusión, co-inyección, ...), o ya sea implicando varios pasos sucesivos (laminación, recubrimiento, ...). En cualquier caso, la característica común a todos ellos consiste en la reducción del peso específico intrínseco de los materiales de partida, y ello debido principalmente a la formación de celdas o burbujas de gas en el interior del material rígido o semiflexible, con la consiguiente reducción de la densidad global de la estructura del envase.

La espumación puede ser producida: (a) mediante un proceso físico, el cual se centra en la compatibilidad-incompatibilidad de los diversos estados físicos de los materiales y componentes en función de las condiciones del proceso, o (b) mediante la descomposición de un agente químico en una determinada etapa del proceso. Ambos procesos permiten reducir la densidad del material de forma diferente, lo que produce en el envase final propiedades claramente diferenciadas para cada caso. De este modo, es posible encontrar materiales de poliestireno espumado cuyas densidades varían desde 16 kg/m^{3} (espumación física) hasta 0,8 g/cm^{3} (espumación química).

Además, las propiedades finales del material para envases dependen de la forma estructural del mismo, en función del tamaño, el número y la forma de las celdas de gas que el mismo contiene. En cualquier caso, la existencia de estas celdas de gas produce una variación notable en cuanto a las propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, etc., respecto al polímero de base, con independencia de cual sea dicho polímero.

Así, se pueden encontrar envases fabricados a partir de láminas extruídas y termoformadas posteriormente, o bien fabricados mediante moldeo por inyección en una única etapa. También es posible encontrar láminas espumadas con diferentes agentes espumantes, observando valores de peso específico variables para el poliestireno.

Descripción detallada de la Invención

La presente invención se ha propuesto como objetivo principal el hecho de obtener una lámina espumada de poliestireno, mediante un proceso de espumación química, que resulte especialmente indicada para la fabricación de envases del tipo comentado, susceptibles de ser formados y llenados en máquinas automáticas del tipo conocido como FFS (Form, Fill, Seal, es decir, Conformar, Llenar y Sellar), y que aporte además características ventajosas y mejoradas de formación y uso, con respecto a otras láminas conocidas y utilizadas en la actualidad.

Este objetivo se ha alcanzado plenamente mediante la lámina espumada cuya fabricación se describe, en la que se utiliza como material de partida, según se ha dicho, poliestireno. El material es extruído con un agente químico encargado de provocar la espumación, estando regulados los parámetros relativos al proceso de extrusión de modo que se produce una espumación uniforme, con la consiguiente formación de celdas o burbujas en la lámina de material, lo que provoca una reducción de la densidad del material, y manteniéndose esta operación hasta que la densidad del material constitutivo de esta capa espumada desciende a un valor comprendido en la gama 0,6 - 0,8 g/cm^{3}, con lo que se consigue una disminución total de peso correspondiente con un valor comprendido en la gama de 0,875 \pm 0,025 g/cm^{3}, es decir, un mínimo de un 15% de reducción en su densidad con respecto a las láminas de poliestireno termoplástico utilizadas en la actualidad en el termoformado de vasos para productos lácteos de diario.

En particular, de acuerdo con la realización preferida de la invención, la mezcla con la formulación adecuada para la provisión del material espumado está contenida en uno de los extrusores, de modo el material espumado resulta finalmente comprendido, a modo de sandwich, entre otras dos capas sin espumar y de formulación estándar.

El procedimiento de preparación de la lámina espumada de poliestireno, para la fabricación de envases para productos lácteos frescos y postres, se lleva a cabo mediante la mezcla de los tres componentes HIPS + GPPS + Agente espumante, efectuada en un proceso de mezclado previo, y siendo transportada neumáticamente a la tolva del extrusor en el que se producirá la descomposición del aditivo espumante. La aplicación de calor y presión produce, por tanto, la formación de la lámina espumada, con una distribución uniforme de las pequeñas celdas de gas generadas en la espumación, aplicando a continuación a la lámina un enfriamiento adecuado para estabilizar la forma final adquirida por la misma, reduciendo así los niveles de densidad total de la lámina en al menos un 15% del peso con respecto a las láminas utilizadas en la actualidad para el termoformado de envases para productos lácteos.

Tal y como se ha apuntado en lo que antecede, resulta esencial el mantenimiento de determinados parámetros para la consecución del fin perseguido. Así, se hace necesario mantener cerrado el orificio de vacío del extrusor, manteniendo una presión en el equipo del orden de 90-140 bares hasta el momento de la salida del material por la boquilla de extrusión.

Por otra parte, también resulta esencial el mantenimiento de una velocidad de extrusión predeterminada en función de las características de la capa espumada a obtener en la estructura final. De acuerdo con la realización preferida de la invención, esta velocidad es del orden de 150 rpm, aunque este dato es sólo indicativo y no debe ser interpretado como limitativo en ningún sentido.

En lo que se refiere al perfil de temperaturas, hay que indicar que resulta esencial el mantenimiento de un perfil especial de temperaturas en el extrusor que contiene la mezcla, con el fin de retardar la espumación anticipada del agente espumante, siendo estas temperaturas una función de la zona específica de que se trate. Así, la temperatura de la zona de alimentación estará preferentemente comprendida en la gama de 170-190ºC, la temperatura de la zona de plastificación preferentemente en la gama de 190-210ºC, y la temperatura de la zona de compresión y dosificación preferentemente en la gama de 210-230ºC.

Observando las condiciones mencionadas anteriormente, se ha podido constatar mediante los ensayos de laboratorio realizados al efecto, que las propiedades organolépticas del producto (sabor, olor, color, etc.) contenido en un envase formado en las máquinas automáticas FFS, a partir de una lámina obtenida de acuerdo con el procedimiento de la presente invención, se mantienen sin alteración alguna.

De igual modo, también se han llevado a cabo ensayos tendentes a determinar la migración con la utilización de dos simulantes, obteniéndose los siguientes resultados:

- migración en aceite de oliva: 1,7 mg/dm^{2}

- migración en ácido acético: 0,6 - 1,0 mg/dm^{2} valores estos que están muy por debajo de los límites (10 mg/dm^{2}) establecidos por la norma RD 2207/94.

Las capas externas tienen una fórmula estándar, de acuerdo con las siguientes composiciones preferidas:

\dotable{\tabskip6pt#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 - Poliestireno de alto impacto, HIPS: \+ 60 - 70%\cr  -
Poliestireno cristal, GPPS: \+ 30 - 40%\cr  - Concentrado de
pigmento blanco: \+ 0,5 - 1,5%
phr\cr}

donde phr corresponde con la expresión "per hundred resin" (por ciento de resina), correspondiendo estos valores a porcentajes en peso, y teniendo el concentrado de pigmento blanco una riqueza del orden de 40 - 60% de óxido de titanio (TiO_{2}).

En cuanto a la mezcla especial para llevar a cabo la espumación, ha sido realizada a base de poliestirenos de alto impacto y cristal, mezclados con el agente espumante en las proporciones preferidas que se exponen a continuación:

\dotable{\tabskip6pt#\hfil\+\hfil#\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 - Poliestireno de alto impacto, HIPS: \+ 15 - 30%\cr  -
Poliestireno cristal, GPPS: \+ 70 - 85%\cr  - Agente espumante: \+
 \hskip-5mm  0,1 - 6,0 %
PHR\cr}

correspondiendo estos valores a porcentajes en peso, y teniendo el agente espumante una riqueza de principio activo del orden de 10 - 40% PHR (Per Hundred Resin).

En particular, el máster de espumación dosificado entre el 0,1 - 6,0%, según se indica anteriormente, contiene un agente químico endotérmico a base de compuestos derivados del ácido cítrico y bicarbonato, con una riqueza en el máster del 10 - 40%.

Por tanto, la invención permite utilizar láminas rígidas monomaterial, más ligeras de peso, en las máquinas automáticas de termoformado FFS (Form, Fill, Seal) para el envasado de alimentos frescos lácteos. Esto resulta particularmente interesante debido a que la lámina obtenida con el procedimiento de la invención constituye un material especialmente apto para su utilización en este tipo de maquinaria, en virtud de la rigidez intrínseca que posee, su característica de alto módulo de flexión, y la estructura específica de celdillas cerradas; todo ello hace que el material fije la forma final del envase de una manera similar a como lo hacen actualmente las láminas no espuma- das, dado el rápido enfriamiento que este tipo de material lleva consigo.

De este modo, el material presenta la característica ventajosa de que se adapta perfectamente a la maquinaria convencional, sin requerir la modificación de ésta.

La lámina de poliestireno espumada obtenida de acuerdo con la realización preferida del procedimiento de la invención, permite una reducción considerable de la temperatura del proceso, con el consiguiente ahorro en los costes energéticos respecto a otros materiales convencionales.

Por otra parte, se ha observado también que la lámina de la invención resulta especialmente adecuada para la producción de agrupaciones de envases, en las que se ha mejorado también la operación de separación de los envases individuales debido a las características estructurales especiales que la espumación provoca en la lámina.

Asimismo, el envase final termoformado a partir de la lámina de la invención, presenta una cierta rugosidad externa, copia de la estructura de celdas que comprende internamente, lo que puede resultar beneficioso para la disminución de segregación de suero en determinados productos lácteos.

Con relación a la lámina de poliestireno tradicional, la lámina de la presente invención presenta una rugosidad superficial que tras el termoformado, es transmitida al exterior, produciendo un efecto óptico de nacarado debido a una reflexión irregular de la luz sobre la superficie, lo que se traduce en una característica diferenciadora respecto a un envase no espumado estándar clásico, en el que la reflexión de la luz es homogénea y produce un color uniforme.

También, con respecto a la lámina de poliestireno tradicional, la lámina de la invención de poliestireno con espumación provoca la desviación de la luz que incide sobre el material, con lo que el espectro de luz es devuelto y se dispersa de forma difusa quedando a la vista el color blanco, siendo por tanto posible disminuir la cantidad de pigmento (TiO_{2}) necesario para el teñido de blanco de la lámina.

El producto final obtenido presenta las características que se han definido en lo que antecede, y resulta especialmente indicado para su utilización en la realización de envases formados y llenados en máquinas automáticas del tipo FFS (Form, Fill, Seal), destinados a contener en especial productos lácteos frescos y postres.

No se considera necesario hacer más extenso el contenido de esta descripción para que un experto en la materia pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de la misma.

No obstante, debe entenderse que la invención ha sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga alteración alguna de su fundamento, pudiendo afectar tales modificaciones, en especial, a la forma, el tamaño y/o a los materiales de fabricación.

Claims (7)

1. Procedimiento de preparación de una lámina espumada de poliestireno para la fabricación de envases formados y llenados en máquinas automáticas (FFS), para productos lácteos frescos y postres, mediante su posterior termoformación, caracterizado porque consiste en preparar una mezcla destinada a la formación, mediante un extrusor y en una operación de co-extrusión, de una capa espumada dispuesta a modo de sandwich entre dos otras dos sin espumar, de formulación estándar, alimentar a continuación dicha mezcla, neumáticamente hasta la tolva del extrusor, y realizar la co-extrusión bajo condiciones determinadas por parámetros predefinidos, y estando preparada dicha mezcla a partir de poliestirenos de alto impacto y cristal, con la adición de un agente espumante.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que se caracteriza porque la temperatura del extrusor corresponde con un perfil especial en función de la zona concreta de que se trate, de modo que en la zona de alimentación está comprendida entre 170-190ºC, en la zona de plastificación está comprendida entre 190-210ºC, y en la zona de compresión y dosificación está comprendida entre 210-230ºC.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, que se caracteriza porque la mezcla de espumación presenta la siguiente composición:

\dotable{\tabskip6pt#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 Poliestireno de alto impacto: \+ 15-30%\cr  Poliestireno cristal:
\+ 70-85%\cr  Agente espumante: \+
0,1-6,0%\cr}

correspondiendo estos valores a porcentajes en peso, y teniendo el agente espumante una riqueza de principio activo comprendida en la gama del 10-40%.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 3, que se caracteriza porque dicho agentes espumante consiste en un espumante químico endotérmico, obtenido a base de derivados de ácido cítrico y de bicarbonato.

5. Lámina espumada de poliestireno para la fabricación de envases formados y llenados en máquinas automáticas (FFS), para productos lácteos frescos y postres, obtenida mediante el procedimiento según una o más de las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque presenta estructura co-extruida, en la que se distingue una capa espumada dispuesta a modo de sandwich entre otras dos no espumadas, y en la que la capa espumada presenta una densidad comprendida entre 0,6-0,8 g/cm^{3}.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, que se caracteriza porque la lámina obtenida presenta una migración del orden de 1,7 mg/dm^{2} en aceite de oliva, y del orden de 0,6-1,0 mg/dm^{2} en ácido acético.

7. Lámina espumada según las reivindicaciones 5 y 6, que se caracteriza porque el envase obtenido a partir de esta lámina presenta una superficie externa rugosa que es copia de la estructura de celdillas internas, y en la que esta rugosidad proporcionar un efecto óptico nacarado debido a la reflexión irregular de la luz sobre la superficie.