ES2204608T3 - Envoltura flexible, particularmente para embalaje, y metodo para su produccion. - Google Patents
Envoltura flexible, particularmente para embalaje, y metodo para su produccion.Info
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Abstract
Envoltura flexible de embalaje, adecuada para uso en máquinas tradicionales de embalaje, caracterizada porque consta de al menos una película (2) provista en la superficie completa, de al menos una sustancia (8) irreversiblemente expandible por administración de energía.
Description
Envoltura flexible, particularmente para
embalaje, y método para su producción.
La presente invención se refiere a una envoltura
flexible de embalaje de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1 y a un método para su producción.
Se conocen envolturas conformadas a partir de dos
películas flexibles de materiales impermeables al aire soldadas
entre sí cara a cara a lo largo de líneas cerradas que definen una
pluralidad de pequeñas ampollas rellenas de aire que forman una
especie de cojín o burbujas capaces de proteger objetos delicados
envueltos en la envoltura contra impactos y arañazos.
Esta envoltura de burbujas se forma haciendo que
una película extensible flexible se adhiera a un rodillo cuya
superficie lateral comprende una pluralidad de cavidades
generalmente hemisféricas conectada a una bomba de succión. La
película extensible calentada y adherida a la superficie interior de
dichas cavidades es soldada después cara a cara a una segunda
película flexible con la que la primera forma ampollas hemisféricas
dentro de las cuales permanece atrapado el aire.
En general, esta envoltura de burbujas se forma a
partir de una película continua y, por tanto, es continua por sí
misma y puede enrollarse en bobinas de dimensiones que dependen
únicamente de su volumen físico.
Un inconveniente de esta envoltura de burbujas
conocida es que su producción requiere un equipamiento muy
complicado y mecanización de los rodillos generalmente laboriosa
junto con sistemas de calentamiento y succión costosos, todo lo cual
afecta sustancialmente al coste del producto obtenido.
Un inconveniente adicional es que el grosor total
de la envoltura producida es sustancialmente igual a la altura de
las ampollas que varía desde 2 a 5 mm, con lo que en el caso de
ampollas de 5 mm una bobina de alrededor de 60 cm de diámetro
contiene menos de 60 metros de envoltura con problemas de demanda de
espacio obvios y a menudo serios debidos a la considerable relación
volumen/peso.
Se conocen también envolturas flexibles que
constan de una capa de material expandido que tiene un grosor
prefijado. Para su producción requieren técnicas y equipos menos
complejas que tienen costes inferiores para realizar el producto
final, pero no resuelven el inconveniente de espacio debido a la
elevada relación volumen/peso.
El documento EP 0 170 229 (correspondiente al
preámbulo de la reivindicación 1) describe una envoltura de embalaje
flexible provista de una sustancia irreversiblemente expandible.
El documento
US-5.846.622-A describe una lámina
de formación de imagen maciza térmicamente expandible que incluye
una lámina de base, una capa térmicamente expandible conformada de
un material que contiene partículas de espumado sobre la lámina de
base y capaz de expandirse cuando se calienta, y una capa protectora
conformada por un proceso de revestimiento sobre la capa
térmicamente expandible. Cuando se calienta, la capa expandible
puede formar tiras que contienen texto en caracteres Braille para
aplicarse sobre libros y utensilios. Este documento no proporciona
ninguna enseñanza para utilizar esa lámina en máquinas de embalaje
tradicionales y realmente no puede utilizarse como envoltura
flexible de embalaje.
El documento
EP-A-0511716 describe películas
expandibles para ser utilizadas en la industria del automóvil o para
propósitos similares y no puede utilizarse en máquinas de embalaje
tradicionales.
Un objetivo de la invención es proporcionar una
envoltura flexible para embalar, provista sobre toda su superficie o
parte de ella, de un material elásticamente extensible que actúa
como cojín protector para los objetos envueltos en dicha
envoltura.
Un objetivo adicional de la invención es
proporcionar una envoltura flexible para embalar que antes de su uso
final sea de tamaño global pequeño, tal como para eliminar
virtualmente por completo todos los problemas actuales relacionados
con su almacenamiento y transporte desde el lugar de
utilización.
Un objetivo adicional de la invención es mejorar
las prestaciones obtenibles a partir de envolturas flexibles
dotándolas también de propiedades de barrera térmica, acústica y
electromagnética, junto con propiedades protectoras incrementadas
hasta el punto de hacerlas de finalidad múltiple.
Estos objetivos y otros adicionales se consiguen
de acuerdo con la invención a través de una envoltura flexible como
se describe en la reivindicación 1 y a través del método descrito en
la reivindicación 18.
Dos realizaciones preferidas de la invención y
modificaciones de la misma se describen adicionalmente a
continuación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los
cuales:
La figura 1 muestra esquemáticamente una bobina
de una envoltura de acuerdo con una realización que no forma parte
de la presente invención en la realización de una envoltura de
burbujas antes de la administración de energía;
La figura 2 muestra dicha envoltura después de la
administración de energía;
La figura 3 muestra parcialmente dicha envoltura
en sección longitudinal ampliada antes de la administración de
energía;
La figura 4 muestra dicha envoltura después de la
administración de energía;
La figura 5 muestra esquemáticamente un método
para producir la envoltura;
La figura 6 muestra parcialmente en sección
longitudinal ampliada una porción de una modificación de la
envoltura de una realización que no forma parte de la presente
invención, antes de la administración de energía;
La figura 7 muestra dicha porción después de la
administración de energía;
La figura 8 muestra dicha porción en una
modificación adicional antes de la administración de energía;
La figura 9 muestra dicha porción después de la
administración de energía;
La figura 10 muestra una bobina de una envoltura
de acuerdo con la invención con grosor continuo antes de la
administración de energía;
La figura 11 muestra dicha envoltura después de
la administración de energía;
La figura 12 muestra parcialmente dicha envoltura
en sección longitudinal ampliada antes de la administración de
energía;
La figura 13 muestra dicha envoltura después de
la administración de energía;
La figura 14 muestra dicha envoltura en una
modificación de esta realización antes de la administración de
energía;
La figura 15 muestra dicha envoltura después de
la administración de energía;
La figura 16 muestra dicha envoltura en una
segunda modificación de esta realización antes de la administración
de energía;
La figura 17 muestra dicha envoltura después de
la administración de energía;
La figura 18 muestra dicha envoltura en una
tercera modificación de esta realización antes de la administración
de energía; y
La figura 19 muestra dicha envoltura después de
la administración de energía.
Como puede verse en las figuras, la envoltura
flexible de acuerdo con una realización que no forma parte de la
invención en la realización de "burbujas" consta de dos
películas flexibles 2, 4 impermeables al aire u otro gas, y que se
definen aquí como la película de soporte 2 y la película extensible
4.
La película de soporte 2 puede constar, por
ejemplo, de poliéster, polietileno de alta densidad (HDPE), papel
con refuerzo de poliéster, polietileno, polipropileno o policloruro
de vinilo, o aluminio con refuerzo de poliéster, polietileno o
polipropileno.
El grosor total de la película de soporte 2 varía
preferiblemente desde 20 a 100 \mu, dependiendo del tipo de
material y de las prestaciones requeridas de la envoltura de
burbujas aunque pueden utilizarse diferentes grosores con materiales
particulares y para aplicaciones particulares.
La película extensible 4, de deformabilidad mucho
mayor que la película de soporte 2, es preferiblemente de
polietileno de baja densidad (LDPE), poliéster o polipropileno,
dependiendo de la naturaleza de la película de soporte 2 y de las
características viscoelásticas y reológicas de la película
extensible 4.
El grosor de la película extensible 4 varía
preferiblemente de 20 a 50 \mu, pero de nuevo en este caso pueden
utilizarse grosores diferentes con materiales particulares y para
aplicaciones particulares.
Las dos películas 2, 4 se unen entre sí a lo
largo de líneas cerradas que definen pequeñas ampollas o celdas 6
que pueden ser de cualquier tamaño y forma y que, en particular,
pueden ser circulares, poligonales o alargadas.
Las dos películas 2, 4 pueden unirse entre sí por
soldadura térmica, de alta frecuencia, ultrasónica o infrarroja, o
utilizando adhesivos adecuados compatibles con los materiales que
constituyen las películas. Estos adhesivos son preferiblemente
resinas epoxy, fenólicas, acrílicas, de formaldehído, anaeróbicas,
de cianoacrilato, elastoméricas, de silicona, de poliuretano, de
polisulfuro o inorgánicas, o resinas no químicas que proporcionen
adhesión físico-mecánica.
Cada una de las ampollas 6 aloja en su interior
una sustancia 8 que después de la administración de energía se
expande para inflar la ampolla. Por ejemplo, la sustancia 8 es de
tipo sublimable, es decir, es capaz de pasar del estado sólido
directamente al estado gaseoso cuando se alcanza su temperatura de
transformación.
Ejemplos de sustancias sublimables son "tintes
de sublimación",
isoquinona-5-carboxinitrilo, algunos
trioxanos y siloxanos, y p-diclorobenceno, que
tienen todos ellos la propiedad de pasar del estado gaseoso al
alcanzar la temperatura de transformación que varía desde alrededor
de 53ºC para p-diclorobenceno a alrededor de 135ºC
para isoquinona-5-carboxinitrilo y a
una velocidad que es la más baja para
p-diclorobenceno y la más alta para isoquinona-5-carboxinitrilo.
p-diclorobenceno y la más alta para isoquinona-5-carboxinitrilo.
La sustancia sublimable 8, posiblemente encerrada
ya dentro de un material expandible (por ejemplo, microesferas), se
aplica a la película de soporte 2 preferiblemente estampándola sobre
la misma bajo control de registro de forma que afecte solamente a
las regiones destinadas a formar las ampollas 6 y deje libres bandas
delgadas que limitan dichas ampollas, en las cuales van a unirse
entre sí la película de soporte 2 y la película extensible 4.
La figura 5 muestra esquemáticamente el
procedimiento para producir la envoltura de burbujas. La película de
soporte 2 desenrollada de una bobina 10 recibe la sustancia
sublimable aplicada 8 en una estación de estampación 12 bajo control
de registro, y se une después en una estación de soldadura 14 a la
película extensible 4 desenrollada de una bobina 16.
Si las dos películas 2 y 4 se unen entre sí por
encolado en lugar de por soldadura, se proporciona una segunda
estación (no mostrada en los dibujos) en la que se aplica el
adhesivo a la película de soporte 2 y a la película extensible 4,
preferiblemente bajo control de registro.
La película compuesta 18 obtenida de esta manera
se enrolla a continuación en una bobina 20 para ser después
almacenada y/o enviada a su lugar de uso. Cuando el grosor total de
la película 18 es sustancialmente igual a la suma de los grosores de
las dos películas 2 y 4, es evidente que la bobina 20 obtenida,
aunque de dimensiones sustancialmente iguales a las de las bobinas
transportables usuales, contiene una película compuesta de longitud
considerablemente mayor que la de la envoltura de burbujas
tradicional. Por ejemplo, una bobina de 60 cm de diámetro contiene
alrededor de 1900 metros de envoltura de burbujas con un grosor de
150 \mu.
En la ubicación en la que se utiliza la película
compuesta 18, ésta es sometida a la administración de energía, por
ejemplo calor, lo que hace que la sustancia 8 contenida en las
ampollas se expanda e infle las ampollas, transformándolas en
burbujas. Durante esta etapa, el calor administrado hace también que
la película extensible se ablande, facilitando así el
estiramiento.
En lugar de energía térmica, puede administrarse
energía de otros tipos (mecánica, luminosa, acústica, sonora,
radiante, electromagnética, electrónica, haz de electrones)
dependiendo del tipo de sustancia expandible y/o de los activadores
utilizados para el proceso de sublimación.
La sustancia expandible confinada dentro de las
ampollas cerradas puede ser del tipo de espumado, es decir, capaz de
incrementar el volumen después de una reacción química con agentes
de expansión que aumentando en volumen, hacen que se formen celdas
con paredes que solidifican por reticulación, polimerización o
transición de fase como en procedimientos de fabricación normales
para materiales o espumas expandidos. En este caso, la energía es
administrada directamente al agente de expansión con el consiguiente
incremento de volumen y cambio estructural a un material macizo.
Las matrices de polímero utilizables son
líquidos, incluyendo líquidos de alta viscosidad, o geles, tales
como formaldehídos o resinas de expoxy, de poliéster,
poliuretánicas, acrílicas.
El agente de expansión puede ser, por
ejemplo,
bicarbonato de sodio, azodicarbonamida o sus derivados, hidrazida de benceno-sulfonitrilo, tetra-aminas, hidrazida de benceno-sulfonilo, derivados de la urea o ácidos orgánicos. En el caso de bicarbonato sódico, éste reacciona con agua de acuerdo con la reacción,
bicarbonato de sodio, azodicarbonamida o sus derivados, hidrazida de benceno-sulfonitrilo, tetra-aminas, hidrazida de benceno-sulfonilo, derivados de la urea o ácidos orgánicos. En el caso de bicarbonato sódico, éste reacciona con agua de acuerdo con la reacción,
Na_{2} CO_{3} + H_{2}O
\rightarrow CO_{2} (gas) +
2NaOH
haciendo entonces el gas desarrollado por la
reacción y confinado dentro de las ampollas que la matriz aumente en
volumen. El agua puede alimentarse según se ordene por rotura de
microcápsulas que la contienen y que son introducidas en las
ampollas junto con el agente de
expansión.
Inhibidores de reacción y otros aditivos
conocidos para evitar que la sustancia se transforme en gas o se
expanda por debajo de ciertos valores de energía administrada pueden
mezclarse con el agente de expansión para controlar mejor la
expansión determinada de la sustancia en expansión.
De nuevo en este caso, el agente de expansión se
aplica a la película de soporte 2 preferiblemente estampándolo sobre
la misma bajo control de registro, aplicándose a continuación la
película extensible 4 a la película de soporte 2 por soldadura
térmica a lo largo de los bordes de las formas previamente
estampadas bajo control de registro.
Cada ampolla podría contener también en su
interior más de una sustancia expandible, con diferentes
características y cada una activada por un tipo diferente de energía
administrada. De esta manera, una u otra sustancia puede expandirse
variando simplemente el tipo de energía de activación, de manera que
las ampollas infladas obtenidas se rellenan con sustancias
expandidas de diferentes características adecuadas para el uso
particular al que va a aplicarse la envoltura. De aquí que la
sustancia expandida contenida dentro de las ampollas infladas puede
ofrecer resistencia al impacto, la luz, la humedad, el ruido, las
ondas electromagnéticas y otros agentes contaminantes. La envoltura
de la invención puede considerarse consiguientemente una envoltura
de burbujas de finalidad múltiple.
En una realización diferente (tampoco forma parte
de la presente invención) mostrada en las figuras 6 y 7, la
sustancia expandible confinada dentro de las ampollas cerradas está
contenida en microcápsulas 22, comprendiendo cada una de ellas una
membrana de material extensible y un agente que se expande al
recibir una orden, constando, por ejemplo, de hidrocarburos
particulares tales como isobutano, isopropano y sus mezclas. La
membrana expandible puede constar, por ejemplo, de copolímeros de
cloruro de vinilideno y acrilonitrilo, o copolímeros de
acrilonitrilo.
Después de la administración de energía y, en
particular, energía térmica, la sustancia expandible contenida en
las microcápsulas 22 se expande para inflar las ampollas que la
contienen.
Las microcápsulas 22 puede aplicarse directamente
a la película de soporte 2 (véanse las figuras 8 y 9) de acuerdo con
la disposición predeterminada. En este caso, las propias membranas
constituyen las ampollas que permanecen fijas de forma segura a la
película de soporte 2 por un mecanismo de adhesión
físico-químico del tipo más conveniente, en
particular por un adhesivo elástico que asegura que la cápsula
permanezca fija durante su expansión y cuando se completa la
expansión.
La temperatura a la cual comienza la expansión
puede variar dependiendo del agente de expansión utilizado, desde un
mínimo de 80ºC a más de 130ºC.
De nuevo en este caso, cada cápsula puede
contener más de un tipo de sustancia expandible en su interior, para
ser activada selectivamente por diferentes tipos de administración
de energía.
Las microcápsulas pueden tener la membrana
rasgable después de la administración de energía. En este caso,
dichas microcápsulas comprenden uno de los dos componentes de la
sustancia expandible, cuyo componente, después de la rotura de la
membrana, entra en contacto con el otro componente que forma la
matriz dentro de la cual se sitúan las microcápsulas y que, después
de este contacto, provocan la expansión. Si las microcápsulas 22 se
aplican directamente a la película de soporte 2, la misma matriz que
forma el segundo componente de la mezcla expandible puede estar
provista de propiedades adhesivas con objeto de acoplar las dos
películas 2 y 4 antes y después del proceso de expansión.
En una realización de la invención con el objeto
principal de provocar la expansión de una sustancia prevista en la
envoltura, esta sustancia no afecta a áreas localizadas de la
envoltura, sino a la superficie completa de la misma. La envoltura,
que después de su realización es muy delgada (véase la figura 10),
aumenta de volumen, después de la administración de energía, en las
áreas en las que se requiera. Si se administra energía a la
superficie completa de la envoltura, la envoltura entera aumenta de
grosor (véase la figura 11), mientras que si esta administración de
energía tiene lugar bajo control de registro (por ejemplo, por
diafragma o filtros) únicamente se expandirán las áreas
afectadas.
La producción de la envoltura de acuerdo con la
invención en esta realización puede tener lugar tanto por extrusión
del material plástico que forma la película y que ya aloja en su
interior la sustancia expandible (véanse las figuras 12 y 13), si
fuera necesario alojada en microcápsulas 22 (véanse las figuras 14 y
15), como por aplicación de tal sustancia expandible 8 entre las dos
películas 2 y 4 ya fabricadas (véanse las figuras 16 y 17).
Asimismo, en este caso, la sustancia expandible puede alojarse en
microcápsulas 22 (véanse las figuras 18 y 19) y puede constar de una
o más clases diferentes y la energía o las diferentes clases de
energía pueden administrarse sobre la superficie completa de la
envoltura o, bajo control de registro, sobre las únicas partes en
las que deberá provocarse la expansión.
Asimismo, en el caso de una envoltura provista en
la superficie completa, de la sustancia expandible limitada por las
dos películas 2 y 4, es preferible que una de ellas tenga
características de extensibilidad menores que la otra y presente así
una planicidad más alta y características de impresión mejores.
Independientemente del tipo de envoltura de
acuerdo con la invención y de su método de producción, esta
envoltura es particularmente ventajosa en comparación con la
envoltura de burbujas tradicional para embalar y, en particular:
- Puede producirse con equipo tradicional de
complejidad estructural limitada;
- Sigue siendo de un grosor muy pequeño hasta el
momento de uso y puede enrollarse consiguientemente en bobinas de
tamaño pequeño y, por tanto, fáciles de almacenar; puede utilizarse
también en máquinas de embalar tradicionales, de tal manera que este
material, que hasta ahora se ha utilizado únicamente como envoltura
protectora, puede utilizarse ahora para embalaje completo,
controlándose la última etapa del embalaje;
- Puede adaptarse a la forma del objeto sobre el
que se enrolla y permite así obtener tanto la protección como un
molde del mismo.
Claims (26)
1. Envoltura flexible de embalaje, adecuada para
uso en máquinas tradicionales de embalaje, caracterizada
porque consta de al menos una película (2) provista en la superficie
completa, de al menos una sustancia (8) irreversiblemente expandible
por administración de energía.
2. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha sustancia expandible (8) se aplica
a dicha película (2).
3. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha sustancia expandible (8) se
incluye en dicha película (2).
4. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha sustancia expandible (8) está
contenida en microesferas (22) provistas de una membrana
extensible.
5. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha sustancia expandible (8) consta de
al menos un hidrocarburo gaseoso.
6. Envoltura según la reivindicación 4,
caracterizada porque la membrana de las microesferas (22)
consta de al menos un copolímero de acrilonitrilo, cloruro de
vinilideno o una mezcla de éstos.
7. Envoltura según la reivindicación 2,
caracterizada porque consta de dos películas (2, 4) dentro de
las cuales se sitúa dicha sustancia expandible (8).
8. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha película (2) está provista de
varias sustancias (8) expandibles selectivamente por administración
de energía de diferentes características.
9. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha película (2) consta de al menos
una sustancia incluida en el grupo que comprende poliésteres,
poliolefinas, poliamidas y sus derivados, estando acoplada dicha
sustancia, si fuera necesario, con un material de refuerzo incluido
en el grupo que comprende materiales de papel y materiales laminados
de metal.
10. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha sustancia expandible (8) es del
tipo activable por energía incluida en el grupo que comprende
energía mecánica, energía térmica, energía luminosa, energía
ultrasónica, energía radiante, energía electromagnética, energía
electrónica.
11. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha sustancia expandible (8) consta de
una sustancia sublimable.
12. Envoltura según la reivindicación 11,
caracterizada porque dicha sustancia sublimable se incluye en
el grupo que comprende p-diclorobenceno, isoquinona
5-carboxinitrilo, trioxano, siloxano, una sustancia
conocida como tintes de sublimación y sus mezclas.
13. Envoltura según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha sustancia expandible (8) consta de
una sustancia espumante que comprende una matriz líquida y un agente
de expansión.
14. Envoltura según la reivindicación 13,
caracterizada porque la matriz líquida consta de una
sustancia incluida en el grupo que comprende agua, formaldehídos,
resinas epoxy, resinas de poliéster, resinas poliuretánicas, resinas
acrílicas.
15. Envoltura según la reivindicación 13,
caracterizada porque el agente de expansión de la sustancia
espumante se incluye en el grupo que comprende bicarbonato de sodio,
azodicarbonamida y sus derivados, hidrazida de
benceno-sulfonitrilo, hidrazida de
benceno-sulfonilo o derivados de la urea.
16. Envoltura según la reivindicación 13,
caracterizada porque el agente de expansión es del tipo que
reacciona espontáneamente con la matriz líquida y que está contenido
en microesferas (22) que tienen la membrana rompible después de la
administración de energía.
17. Envoltura según la reivindicación 13,
caracterizada porque la sustancia espumante comprende además
al menos un agente inhibidor de la reacción de expansión.
18. Método para producir una envoltura flexible
de embalaje adecuada para uso en máquinas tradicionales de embalar,
según una o más de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado
porque al menos una sustancia (8) se acopla a toda la superficie de
una película (2), siendo dicha sustancia (8) irreversiblemente
expandible mediante administración de energía.
19. Método según la reivindicación 18,
caracterizado porque dicha sustancia expandible (8) se aplica
a la superficie entera de la película (2).
20. Método según la reivindicación 18,
caracterizado porque dicha sustancia expandible (8) se
introduce en el material que conforma la película (2) antes de su
extrusión.
21. Método según la reivindicación 18,
caracterizado porque se aplica a la película (2) una
sustancia que contiene microesferas (22) que comprenden una membrana
extensible, dentro de la cual está contenida dicha sustancia
expandible (8).
22. Método según la reivindicación 20,
caracterizado porque dicha sustancia expandible (8) consta de
microesferas (22) que comprenden una membrana extensible, dentro de
la cual está contenida dicha sustancia expandible.
23. Método según la reivindicación 21,
caracterizado porque después de haber aplicado dicha
sustancia expandible (8) a dicha película (2), se aplica una
película adicional (4) a dicha película.
24. Método según la reivindicación 21,
caracterizado porque las microesferas expandibles (22) se
acoplan a la película (2) en forma dispersa dentro de una matriz
formada por una sustancia adhesiva.
25. Método según la reivindicación 21,
caracterizado porque las microesferas expandibles (22) se
acoplan a la película (2) en forma dispersa dentro de una matriz
formada por un gel.
26. Método según la reivindicación 18,
caracterizado por administrar energía bajo control de
registro a dicha película (2) a la que se acopla dicha sustancia
expandible.
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