ES2214846T3 - Procedimiento para materiales de embalaje laminados y envases producidos a partir del mismo. - Google Patents
Procedimiento para materiales de embalaje laminados y envases producidos a partir del mismo.Info
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Abstract
Un procedimiento de producción de un material de embalaje laminado (10) que comprende una capa de núcleo (16) de papel o papel cartón y una capa de barrera frente al gas (14) aplicada sobre un lado de la capa de núcleo, caracterizado porque la dispersión polímera o solución polímera se aplica en forma de capa de barrera de gas (14) sobre al menos un lado de la capa de soporte (11) y se seca durante el calentamiento para eliminar el agua, después de lo cual la capa de soporte (11), con la capa de barrera de gas (14) aplicada y seca, se combina con y se une permanentemente a un lado de la capa de núcleo (16).
Description
Procedimiento para materiales de embalaje
laminados y envases producidos a partir del mismo.
La presente invención se refiere a procedimientos
de producción de materiales de embalaje laminados que comprenden una
capa de núcleo de papel o papel cartón y una capa de barrera
aplicada sobre al menos un lado de dicha capa de núcleo.
La presente invención se refiere también a un
material de embalaje laminado producido según este procedimiento, y
además a los envases producidos con el material de embalaje
laminado. Se proporcionan unos laminados de embalaje particularmente
ventajosos en los que se usa almidón o un derivado de almidón o PVOH
como capa de barrera.
En la industria del embalaje es bien conocido el
uso de material de embalaje laminado del tipo de un solo uso para el
embalaje y transporte de alimentos líquidos. Normalmente, estos
materiales de embalaje laminados se fabrican, por ejemplo, a partir
de una capa de núcleo de papel o papel cartón, de configuración
rígida aunque plegable para lograr una buena estabilidad de la
configuración mecánica. Se aplican unas capas de plástico para la
estanqueidad de los líquidos, a ambos lados de la capa de núcleo,
que protegen eficientemente a la capa de núcleo de fibra absorbente
de líquidos frente a la penetración de la humedad. Normalmente,
estas capas externas son de un termoplástico, preferentemente
polietileno, lo que confiere al material de embalaje unas excelentes
propiedades termosellantes para que éste sea transformado en envases
acabados con la configuración geométrica deseada.
No obstante, el material de embalaje laminado que
consta solamente de papel o papel cartón y de plástico impermeable a
los líquidos carece de propiedades de estanqueidad frente a los
gases, en particular el gas oxígeno. Esto constituye un serio
inconveniente para el envasado de muchos alimentos cuyo tiempo de
vida en almacenaje se deteriora drásticamente al entrar en contacto
con el gas oxígeno. Con objeto de complementar el material de
embalaje con una barrera contra los gases, especialmente el gas
oxígeno, en la técnica se conoce la aplicación de una capa con
grandes propiedades de impermeabilidad frente al gas oxígeno - por
ejemplo, una lámina de aluminio o poli(alcohol vinílico) -
sobre el lado de la capa de núcleo que se pretende orientar hacia el
interior, dentro del envase.
Comparada con una lámina de aluminio, el
poli(alcohol vinílico) presenta muchas propiedades deseables,
por lo que es preferible como material de barrera en muchos
contextos. Entre éstos, cabría mencionar las magníficas propiedades
de resistencia del poli(alcohol vinílico), su compatibilidad
con los alimentos y su valor económico, además de sus extremadamente
buenas propiedades como barrera frente al gas oxígeno. Además, en
ciertos casos y desde el punto de vista del medio ambiente y el
reciclaje, se estima que es conveniente para sustituir a la lámina
de aluminio como material de barrera en los envases de
alimentos.
Al igual que muchos otros posibles polímeros de
barrera o adhesivos, tales como, por ejemplo, alcohol
etilen-vinílico, almidón, derivado de almidón,
carboximetilcelulosa y otros derivados de la celulosa o mezclas de
los mismos, el poli(alcohol vinílico) puede aplicarse
adecuadamente mediante un procedimiento de recubrimiento, es decir,
en forma de una dispersión o solución acuosa que, al ser aplicada,
se extiende hasta formar una capa delgada y uniforme sobre el
substrato, sobre el que seguidamente se seca. Observamos, sin
embargo, que un inconveniente de este procedimiento consiste en que
una dispersión polímera acuosa o solución polímera de
poli(alcohol vinílico) con adición de EAA, aplicada sobre una
capa de núcleo de papel o papel cartón, penetra en las fibras
absorbentes de líquido de la capa de núcleo. Respecto a la
eliminación del agua para secar y posiblemente curar la capa de
barrera aplicada, dicha capa se ve sometida a unas elevadas
temperaturas de secado, aumentando así el riesgo de formaciones no
deseadas de grietas en la capa de papel o papel cartón debido al
contenido de humedad, difícil de ajustar, y al secado llevado a cabo
en la capa en cuestión.
La patente sueca Nº 440519 propone incluir un
agente espesante, tal como un alginato, para reducir la penetración
del agua en el papel cartón. El uso de PVOH como material de
barrera, aplicado sobre una capa de polímero para evitar la
formación de grietas y suavizar la superficie del papel cartón, se
describe en el documento PCT/SE96/01237 (WO97/13639 A1).
Un inconveniente es que el poli(alcohol
vinílico) es sensible a la humedad y pierde rápidamente sus
propiedades de barrera al estar expuesto a un ambiente húmedo. Este
inconveniente fue previamente obviado, según el documento
WO97/22536, combinando el poli(alcohol vinílico) con uno o
más polímeros, conocidos per se, compatibles con los
alimentos - por ejemplo, copolímero de ácido
etilen-acrílico o copolímero estireno butadieno.
Forman, convenientemente y en combinación con el poli(alcohol
vinílico), una capa coherente y bien integrada que tiene unas
excelentes propiedades de barrera frente al gas, particularmente
unas propiedades de barrera frente al gas oxígeno, a la vez que
retienen las deseadas buenas propiedades de barrera frente al gas
del poli(alcohol vinílico), incluso en un ambiente
húmedo.
El documento WO97/22536 describe que el
poli(alcohol vinílico) mezclado con un copolímero de etileno
EEA o material similar podría aplicarse por dispersión sobre papel
cartón previamente recubierto con un polímero. Seguidamente, se
podría secar y curar a temperaturas de hasta 170ºC para formar un
material de embalaje laminado con una muy buena propiedad de
barrera.
Otro inconveniente de usar poli(alcohol
vinílico) como capa de barrera en lugar de una lámina de aluminio,
por ejemplo, es que, al almacenar productos alimenticios sensibles a
la luz, en muchos casos es necesario incorporar algún tipo de
barrera contra la luz al material de embalaje. Se acepta que una
capa de núcleo de papel o papel cartón impide (a simple vista) el
paso de la luz, aunque una luz con intervalos de longitud de onda
invisibles podría penetrar desde el exterior del envase y llegar al
producto alimenticio envasado, produciendo en el mismo un efecto
negativo desde el punto de vista de su caducidad. El empleo de
lámina de aluminio en el material de embalaje ofrece la ventaja de
que la lámina de aluminio constituye, en sí misma, una adecuada
barrera tanto frente a los gases como frente a la luz. Además, el
poli(alcohol vinílico) es casi totalmente transparente
incluso al estar mezclado con un polímero hidrófobo, tal como
copolímero de ácido etilen-acrílico o copolímero
estireno butadieno. La mezcla de barreras de luz convencionales -
tales como negro carbón y dióxido de titanio - en cualquiera de las
capas de plástico incluidas en el material de plástico laminado es
posible per se, según el documento WO97/22536, aunque le
daría un aspecto estéticamente poco atractivo al envase.
Incluso otro inconveniente inherente a un
material de embalaje laminado que, por ejemplo, incluya capas de
barrera de poli(alcohol vinílico), además de algún otro
posible polímero, según se describe en el documento WO97/22536, es
que dicho material de embalaje no se puede fabricar con el mismo
equipo de producción empleado en la fabricación de material de
embalaje que usa lámina de aluminio como capa de barrera, por lo que
se requeriría una inversión de capital para el nuevo equipo de
producción.
Según lo anteriormente indicado, el PVOH presenta
ventajas medioambientales como material de barrera. Además de los
citados materiales sintéticos, se ha investigado la posibilidad de
usar polímeros naturales y biodegradables (biopolímeros), tales como
almidón y derivados de almidón, como materiales de barrera frente al
gas.
Se sabe de antemano que el almidón posee ciertas
propiedades de barrera si se usa en capas relativamente gruesas,
tales como en películas de un espesor aproximado 20 a 30 \mum. No
obstante, estas gruesas capas de material de almidón no son aptas
para ser usadas en laminados de envases, ya que se tornan frágiles y
susceptibles de rotura durante la manipulación - por ejemplo,
durante el procedimiento de laminación y al plegarlas para
transformar el laminado en envases. Además, al carecer de
flexibilidad durante el manipulado de fabricación y distribución,
los laminados con estas gruesas capas de almidón podrían absorber
una mayor cantidad de humedad, influyendo negativamente sobre las
propiedades de barrera frente al gas.
A través del documento WO97/16312 se sabe que
unas capas sumamente finas de almidón aplicadas a una capa de núcleo
pueden proporcionar ciertas propiedades de barrera frente al gas, al
menos si se emplean junto a una capa de plástico adyacente adherida
a la capa de barrera de almidón mediante recubrimiento por extrusión
del material plástico. Dos capas de almidón sumamente finas
aplicadas en cantidad de 0,5 y 1 g/m^{2}, respectivamente, peso en
seco, sobre los lados opuestos de una capa de núcleo de papel
cartón, siendo cada extrusión recubierta con una capa de plástico,
proporcionaron una barrera de gas oxígeno de 289 cm^{3}/m^{2},
en 24 h y a 1 atm. De manera similar, dos capas de almidón aplicadas
en cantidad de 1 y 1,5 g/m^{2}, respectivamente, proporcionaron
una barrera frente al gas oxígeno de 141 cm^{3}/m^{2}, en 24 h y
a 1 atm. Por consiguiente, los resultados obtenidos son comparables
con las propiedades de barrera de gas de una película de 12 \mum
de espesor de PET orientado, por ejemplo, lo cual representa un
material de "barrera de rendimiento medio".
El laminado de embalaje del documento WO97/16312
no es más que un material de barrera de gas de rendimiento medio.
Esto significa que se puede usar solamente para envasar productos
alimenticios líquidos durante cortos períodos de tiempo, con
almacenaje en frío. Hasta ahora no se conoce a través de la técnica
anterior la producción de laminados de envasado que tengan
propiedades de barrera de gas de alto rendimiento partiendo de
materiales de barrera de almidón o derivados de almidón. Sería
deseable proporcionar un material de embalaje con unas propiedades
de barrera contra el gas suficientes para permitir almacenar
productos alimenticios líquidos durante largos períodos, es decir,
para una larga vida de almacenaje en frío o incluso almacenaje
aséptico. Tales propiedades deseables de barrera de gas oxígeno de
alto rendimiento son de aproximadamente 50 cm^{3}/m^{2}, en 24 h
y a 1 atm (23ºC, 50% de humedad relativa) o mejores, por ejemplo,
hasta 30 cm^{3}/m^{2}, en 24 h y a 1 atm, es decir, unas
propiedades de barrera de gas oxígeno comparables, por ejemplo, a
las del PVOH, EVOH (copolímero de alcohol
etilen-vinílico), o poliamidas (PA), al usarlos en
espesores de aproximadamente 5 \mum.
El documento
FR-A-2684922 describe el
recubrimiento de una película de polímero, tal como de poliéster,
con una dispersión de almidón de amilosa con contenido de
tensioactivo para secar el almidón a una temperatura de hasta 180ºC.
Se obtienen unas buenas propiedades de barrera de gas a unos niveles
de recubrimiento de 0,7 g(seco)/m^{2}, por ejemplo. Sin
embargo, no existe indicación alguna de que unas propiedades
similares se puedan obtener en un material laminado para envases
provisto de núcleo de papel o papel cartón.
Actualmente hemos descubierto que un material
laminado para envases con unas adecuadas propiedades de barrera,
particularmente contra los gases, puede producirse mediante un
procedimiento apto para ser llevado a la práctica empleando equipo
de fabricación convencional usado en la producción de materiales
para envase con lámina de aluminio como capa de barrera.
También hemos establecido que se pueden obtener
unas propiedades de barrera de oxígeno de alto rendimiento en un
laminado para envases a partir del uso de almidón y materiales
similares.
Según un primer aspecto de la invención, se
proporciona un procedimiento de producción de un material laminado
para envases que comprende una capa de núcleo de papel o papel
cartón y una capa de barrera de gas aplicada a un lado de la capa de
núcleo, caracterizado porque una dispersión polímera o solución
polímera se aplica a modo de capa de barrera sobre al menos un lado
de una capa de soporte y se seca mediante calentamiento para la
eliminación del agua, después de lo cual la capa de soporte, con la
capa de barrera aplicada ya seca, se combina con y adhiere
permanentemente a un lado de la capa de núcleo.
Preferentemente, la capa de barrera de gas se
aplica mediante recubrimiento de una dispersión o solución polímera
acuosa. El PVOH se puede aplicar en forma de solución acuosa, en
tanto que el almidón se puede dispersar parcialmente y disolver
parcialmente en agua.
Preferentemente, el polímero tiene unos grupos
hidroxilo funcionales que pueden seleccionarse, por ejemplo, de
entre poli(alcohol vinílico), alcohol
etilen-vinílico, almidón, derivados de almidón,
carboxilmetilcelulosa y otros derivados de la celulosa, o una mezcla
de dos o más de los mismos.
Dicha dispersión polímera o solución polímera
acuosa aplicada como capa de barrera de gas puede ser secada y
opcionalmente curada a una temperatura de 80 a 200ºC. En el caso de
materiales no curables, es preferible usar una temperatura de
aproximadamente 80 a 130ºC.
Más preferentemente, materiales tales como el
PVOH se secan primeramente a unas temperaturas de la cinta de
material de 80 a 160ºC (preferentemente de 140 a 160ºC) en una
primera etapa, para luego curarlos a temperaturas de la cinta de 170
a 230ºC en un segunda etapa, produciéndose la mejor barrera de gas a
80% de humedad relativa. Opcionalmente, el material de soporte y de
barrera de gas puede ser enfriado entre estas dos etapas.
También se puede incluir un polímero con grupos
ácido carboxilo funcionales. Éste puede reaccionar con el polímero
con grupos hidroxilo funcionales durante el procedimiento de
secado/curado.
El polímero con grupos ácido carboxílico
funcionales se selecciona convenientemente entre el polímero
etilen-acrílico y los copolímeros
etilen-metacrílicos, o mezclas de los mismos.
Una mezcla de capa de barrera de gas
particularmente preferente es de copolímero de poli(alcohol
vinílico) y ácido etilen-acrílico.
Opcionalmente, la capa de barrera de gas se seca
primeramente y luego se calienta a una temperatura más elevada, de
manera que la capa de barrera de gas se cura, una vez seca, a una
temperatura de hasta 230ºC y preferentemente de hasta 190ºC - por
ejemplo, de 170ºC.
Preferentemente, dicha capa de barrera se aplica
sobre la capa de soporte en cantidad de 0,5-20
g/m^{2}, más preferentemente de 2-10 g/m^{2},
sobre la base de su peso en seco.
Dicha capa de barrera puede constar de papel o
plástico, o de papel recubierto de plástico. A continuación se
describen los materiales preferentes.
En una opción, la capa de soporte preferentemente
consta de papel de un gramaje de 15-35 g/m^{2},
tal como 15-25 g/m^{2}, y más preferentemente de
15 g/m^{2}.
La capa de soporte que contiene el material de
barrera de gas y la capa de núcleo se pueden montar entre sí de
diversas formas.
La capa de soporte que contiene al menos una de
dichas capas de barrera de gas puede combinarse con y adherirse a la
capa de núcleo mediante extrusión de una capa intermedia de
termoplástico.
Si dicha capa de soporte contiene una de dichas
capas de barrera de gas en uno de sus lados, se puede combinar con
la capa de núcleo mediante extrusión de una capa de termoplástico
situada entre la capa de soporte y la capa de núcleo.
Una capa externa de termoplástico,
preferentemente polietileno, se puede aplicar opcionalmente sobre la
capa de barrera de gas mediante extrusión.
Si dicha capa de soporte contiene una de dichas
capas de barrera de gas en uno o ambos lados, se puede combinar con
la capa de núcleo mediante extrusión de una capa de termoplástico
situada entre la capa de núcleo y la capa de barrera de gas.
Si dicha capa de soporte contiene una de dichas
capas de barrera de gas en ambos lados, se puede aplicar una capa de
termoplástico a la capa externa de material de barrera mediante
extrusión.
La capa de plástico aplicada entre la capa de
núcleo y la capa de soporte o la citada capa de barrera de gas puede
incluir una sustancia que actúe como barrera contra la luz. Esto es
especialmente preferente cuando la capa de soporte es de papel u
otro material visualmente no transparente.
Al aplicar, en una etapa de producción separada,
una dispersión polímera o una solución polímera acuosa como capa de
barrera de gas sobre al menos un lado de una capa de soporte, secar
la capa de barrera de gas durante el calentamiento para eliminar el
agua y luego combinar la capa de soporte con y adherirla
permanentemente a la capa aplicada seca de un lado de la capa de
núcleo, se obtiene un material de embalaje dotado de una capa de
barrera de gas con excelentes propiedades de barrera de gas.
Gracias al hecho de que la capa de barrera no se
seca ni se cura a altas temperaturas relacionadas con la laminación
del material de embalaje, se previene totalmente el riesgo de un
exceso de absorción de agua por parte de la capa de núcleo o de
secado de dicha capa de núcleo de papel o papel cartón, con el
consiguiente riesgo de formación de grietas en la capa de
núcleo.
Debido a que la capa de plástico aplicada entre
la capa de núcleo y la capa de soporte de papel puede incluir una
sustancia que actúe como barrera contra la luz, idealmente negro
carbón, se obtiene una capa de barrera contra la luz cuyo aspecto
negro y poco atrayente puede quedar disimulado por una capa situada
entre la capa de núcleo y una delgada capa de papel de soporte de la
capa de barrera de gas.
Una ventaja del procedimiento según este aspecto
de la invención consiste en que la capa de barrera de gas producida
en una etapa independiente se puede emplear en la producción de un
material laminado para envases con el correspondiente equipo de
producción que se usa hoy en día para fabricar materiales de
envasado que incluyen lámina de aluminio como barrera contra el gas
oxígeno.
Actualmente hemos establecido que también se
pueden obtener unas propiedades de barrera de oxígeno de alto
rendimiento en un laminado para envases gracias al uso de almidón y
materiales similares.
Por consiguiente, la presente invención
proporciona un laminado para envases, producido a través del
procedimiento anteriormente descrito, que dispone de un núcleo de
papel o papel cartón y de una o más capas de barrera de gas de
almidón o de un derivado de almidón que proporciona(n) una
propiedad de barrera frente al gas oxígeno de 50 cm^{3}/m^{2},
en 24 h y a 1 atm (23ºC, 50% de humedad relativa) o mejor, teniendo
dicha capa o capas de barrera de gas un peso del recubrimiento en
seco o peso del recubrimiento agregado que no supera los 7
gm^{-2}. Preferentemente, la propiedad de barrera frente al
oxígeno que proporciona la capa de almidón o derivado de almidón es
de 40 cm^{3}/m^{2}, en 24 h y a 1 atm (23ºC, 50% de humedad
relativa) o mejor. Más preferentemente, la propiedad de barrera
frente al oxígeno es de hasta 30 cm^{3}/m^{2}, en 24 h y a 1 atm
(23ºC, 50% de humedad relativa), por ejemplo, de 10
cm^{3}/m^{2}, en 24 h y a 1 atm (23ºC, 50% de humedad relativa)
o inferior.
Preferentemente, el laminado para envases
comprende una capa de polímero de plástico, preferentemente de
termoplástico - por ejemplo, polietileno - laminada directamente con
dicha capa de barrera de gas. Más preferentemente, dicho polímero
será LDPE. Se pueden usar otros termoplásticos, incluyendo cualquier
otro tipo de polietileno (incluidos LLDPE, ULDPE, VLDPE, MPE y
HDPE), polipropileno y polietilentereftalato.
La capa de barrera de gas se aplica con un peso
de recubrimiento en seco de hasta 7 gm^{-2}, preferentemente de
hasta 5 gm^{-2}, por ejemplo, de 0,5 a 5 gm^{-2}, más
preferentemente de 0,5 a 4 gm^{-2}, por ejemplo, de 3 gm^{-2}, y
convenientemente de 1,5 a 2 gm^{-2}.
Preferimos que la capa de barrera de gas se
fabrique enteramente con materiales naturales, aunque es aceptable
incluir ciertas cantidades menores de otros materiales polímeros que
no interfieran con las propiedades deseadas. Por ejemplo, la capa de
barrera de gas puede incluir una pequeña cantidad de polímeros
solubles en agua o dispersables en agua y que tengan unos grupos
hidróxido funcionales, por ejemplo, poli(alcohol vinílico), y
un grupo carboxilo que contenga poliolefinas, tales como ácido
etilen-acrílico, o una mezcla de los citados
elementos. La cantidad de tales materiales puede ser de 0 a 30% -
por ejemplo, de 0 a 20% o de 0 a 10%, en peso.
Observamos que al aplicar polietileno a una capa
de almidón a alta temperatura, por ejemplo, a más de 200ºC, las
propiedades de barrera de gas del almidón mejoran, y que bajo unas
condiciones adecuadas se puede lograr que alcance o se desplace aún
más hacia un nivel de alto rendimiento. El procedimiento para
obtener unas propiedades óptimas consiste en aplicar el almidón o
derivado de almidón no sobre una gruesa capa de núcleo, según el
documento WO97/16312, sino sobre un soporte independiente.
Convenientemente, la capa de barrera de gas estará soportada por una
capa de soporte de papel o plástico.
Si se usa papel, es preferible que sea papel
delgado. Por ejemplo, la capa de soporte puede ser un papel de un
peso superficial de 10 a 35 g/m^{2}, preferentemente de 10 a 25
g/m^{2}. El papel puede recubrirse de antemano con una capa de
plástico.
Después de aplicar el almidón, el soporte se
puede combinar con el material de núcleo de papel o papel cartón, de
manera que el laminado para envasado incluya una capa de núcleo con
dicha capa de soporte sobre la superficie de uno de sus lados. Puede
aplicarse una o más capas, incluyendo una capa termosellante, sobre
la superficie del lado contrario de la citada capa de núcleo.
Preferentemente, la superficie de la capa de
soporte sobre la que se aplica el almidón o derivado de almidón es
sustancialmente impermeable a dicho vehículo líquido.
El grado de impermeabilidad de la superficie
puede determinarse midiendo la adsorción superficial - por ejemplo,
en unidades Cobb. ("Cobb" = g(agua)/m^{2} adsorbida
sobre la superficie en 60 segundos de exposición a agua líquida). La
adsorción de otros líquidos se podría medir con un procedimiento
análogo. El procedimiento de medición de adsorción Cobb se define en
SCAN P12-64 y en TAPPI T441. La adsorción
superficial del plástico suele ser de aproximadamente 1 Cobb, en
tanto que la superficie lisa del papel generalmente tiene una
adsorción de aproximadamente 20 a 30 Cobb. Convenientemente, para
uso en la invención, la superficie de la capa de soporte debería
tener una adsorción de 50 Cobb o menos, preferentemente una
adsorción de 30 Cobb o menos, más preferentemente una adsorción de
20 Cobb o menos, y aún más preferentemente una adsorción de 10 Cobb
o menos - por ejemplo, inferior a 5 Cobb.
Preferentemente, la superficie de la capa de
soporte sobre la que se aplica la capa de almidón o derivado de
almidón tiene una suavidad de 200 Bendtsen o mejor. El procedimiento
de medición de suavidad Bendtsen se define en SCAN (Scandinavian
Pulp and Paper Norms) P21-67 y en TAPPI UM535.
Cuando el substrato es de plástico o tiene una
superficie de plástico, normalmente se obtiene dicha suavidad. Tal
es el caso, por ejemplo, de una película de plástico o de una capa
de soporte de papel recubierto de plástico.
Un motivo por el cual no se obtuvo una alta
propiedad de barrera en el documento WO97/16312 puede deberse a que
la capa de núcleo de papel cartón carecía del necesario grado de
impermeabilidad, de manera que la solución acuosa de almidón
empleada pudo haber penetrado a través de la superficie. Esto podría
tener un efecto negativo en varios sentidos. Es posible que
consecuentemente la capa de almidón no presente una superficie suave
y continua debido a la penetración de ésta en el papel cartón.
Alternativamente, o adicionalmente, el secado del papel cartón para
secar a su vez la capa de almidón puede provocar la deformación
superficial del papel cartón, y por lo tanto el agrietamiento de la
capa de almidón. Estos problemas son obviados al aplicar el almidón
a una capa de soporte separada, suave e impermeable, la cual
subsiguientemente será laminada a la capa de núcleo.
Se estima que el papel cartón usado en el
documento WO97/16312 típicamente tenía una suavidad superficial de
500-600 Bendtsen. Esto podría haber sido causa
suficiente para impedir la suavidad y continuidad de la capa de
almidón, o que ésta presentara zonas delgadas que proporcionaran un
conducto de transmisión del oxígeno.
Para evitar grietas, perforaciones o
deformaciones de la capa de almidón o derivado de almidón, es
preferible que la superficie sobre la que se aplica sea suave - por
ejemplo, que la superficie del substrato presente una suavidad de
200 Bengtsen o mejor (es decir, inferior), hasta de 150 Bentsen y
más preferentemente de aproximadamente 100 Bengtsen.
Los materiales descritos como soportes para ser
usados con almidón también se pueden usar con los restantes
materiales de barrera de la invención. No obstante, suele preferirse
un soporte de película de plástico si se usa almidón, y es
preferible un delgado soporte de papel para materiales de barrera de
gas tales como el PVOH, que puede ser calentado a temperaturas
superiores a 100ºC para su secado y curado.
El almidón usado en la invención puede ser de
cualquier tipo convencional, aunque ciertos almidones brindan
mejores resultados que otros en las condiciones que hemos empleado.
Se prefiere el almidón de patata modificado, tal como el Raisamyl
306 (Raisio), oxidado con hipoclorito. Otros almidones aceptables
incluyen almidón de maíz, tal como el Cerestar 05773, un almidón de
maíz hidroxipropilado.
Unos derivados de almidón apropiados para ser
usados en la invención incluyen almidón oxidado, almidón catiónico y
almidón hidroxipropilado.
Al señalar que la propiedad de barrera de gas de
los laminados de envase de la invención la proporciona un
determinado material - por ejemplo, el almidón o un derivado de
almidón - deberá entenderse que esto no excluye aquellos casos en
que la propiedad de barrera de gas es el resultado más de la
interacción entre el material indicado y una capa adyacente del
laminado que de una propiedad (de entre las propiedades generales)
del material indicado considerada de forma aislada.
Un mecanismo que contribuye a mejorar la
propiedad de barrera, observado al aplicar polietileno a alta
temperatura a una capa de almidón, probablemente proviene de la
penetración de las moléculas de polietileno en el almidón, las
cuales sustituyen al agua de los cristales de almidón. Se pueden
usar otros polímeros que tengan un efecto similar.
Dicha capa de plástico se puede aplicar a dicho
almidón o derivado de almidón mediante extrusión en fusión, o bien
se puede aplicar como película preformada mediante laminación a
presión en caliente - por ejemplo, usando un rodillo térmico. En
general, se puede emplear cualquier técnica según esta realización
preferente que proporcione la necesaria modificación de la propiedad
de barrera del almidón.
Preferentemente, dicha capa de plástico se
adhiere al almidón o derivado de almidón a una temperatura de al
menos 200ºC, preferentemente de 250 a 350ºC y más preferentemente de
250 a 330ºC.
La invención incluye un envase o embalaje formado
con el laminado de embalaje que se describe en la invención, o
fabricado con el procedimiento que se describe en la invención.
La presente invención se describe e ilustra a
continuación de manera más detallada con la ayuda de ejemplos de
unos procedimientos no restrictivos, incluyendo laminados de
embalaje que se pueden obtener según una realización preferente de
la presente invención y haciendo referencia a los dibujos adjuntos,
en los que:
La figura 1 ilustra esquemáticamente un
procedimiento de producción de una capa de soporte a la que se ha
aplicado una capa de barrera usada en la presente invención;
la figura 2 ilustra esquemáticamente un
procedimiento de producción de un material de embalaje laminado
según la presente invención;
la figura 3 es una vista en sección transversal a
través de un material de embalaje laminado según la presente
invención;
la figura 4 es una vista en perspectiva superior
de un envase convencional de configuración estable producido a
partir de un material de embalaje laminado según la presente
invención;
la figura 5 (a, b, c, d) ilustra esquemáticamente
unas secciones transversales de cuatro diferentes laminados de
embalaje según unas realizaciones específicas de la invención; y
la figura 6 (a, b, c, d) ilustra esquemáticamente
los procedimientos de fabricación de los respectivos laminados de
embalaje descritos en la figura 1.
Respecto a los dibujos, las figuras 1 y 2
ilustran esquemáticamente un procedimiento según la presente
invención seleccionado a modo de ejemplo para producir el material
de embalaje laminado 10 mostrado en la figura 3. Una cinta de capa
de soporte 11 de papel delgado, por ejemplo, que puede opcionalmente
estar recubierta con una capa de plástico, se desenrolla desde un
carrete 12 y es conducida hasta un aplicador 13 (idealmente, un
aparato de recubrimiento) dispuesto adyacente a la cinta y a través
del cual se aplica al menos una capa de barrera 14 de dispersión
polímera o solución polímera acuosa sobre un lado de la capa de
soporte 11, formando una capa de barrera 14 sustancialmente
cohesiva. En el caso de la capa de soporte de papel con
recubrimiento de plástico, la dispersión o solución polímera
preferentemente se aplica sobre el lado recubierto de plástico. La
cantidad de solución aplicada puede variar, aunque preferentemente
se aplicará en una cantidad tal que forme una capa totalmente
integrada y sustancialmente continua, después de la operación de
secado, de aproximadamente 0,5-20 g/m^{2}, por
ejemplo, y preferentemente de 2-10 g/m^{2}, sobre
la base del peso en seco.
Si se usa PVOH, la capa de soporte 11
preferentemente consistirá en una capa de papel delgado, de un
gramaje de aproximadamente 10 a 35 g/m^{2}, preferentemente de 10
a 25 g/m^{2} y más preferentemente de 15 a 20 g/m^{2}, aunque
también puede ser una capa de plástico. No obstante, el papel
delgado tiene la ventaja de que sus dimensiones no se ven alteradas
debido a incrementos en la temperatura de secado y posiblemente de
curado, lo cual no es aplicable a los plásticos. Generalmente,
cuando el polímero aplicado va a ser curado a más de aproximadamente
130ºC, no se recomienda el uso de una película de plástico como
soporte.
La capa de barrera 14 se aplica sobre la capa de
soporte 11 como una dispersión polímera o solución polímera acuosa
que incluye un polímero con las propiedades que se desea aportar al
laminado de embalaje en forma de una capa de recubrimiento, tal como
de un polímero con grupos funcionales hidroxilo, por ejemplo
poli(alcohol vinílico), alcohol
etilen-vinílico, almidón, derivado de almidón,
carboxilmetilcelulosa y otros derivados de la celulosa o mezclas de
los mismos.
La capa de barrera 14 también puede incluir un
polímero hidrófobo, según se describe en el documento
WO97/22536, tal como un copolímero estireno butadieno.
WO97/22536, tal como un copolímero estireno butadieno.
La capa de barrera 14 también puede incluir un
polímero con grupos funcionales que reaccionan con los grupos
funcionales de hidroxilo del polímero anteriormente citado para
formar una capa de barrera 14 reticulada. Dichos polímeros pueden
ser poliolefinas modificadas con grupos ácido carboxílico o
copolímeros de injerto con monómeros que contienen grupos ácido
carboxílico en un homo o copolímero olefínico. Alternativamente, los
citados polímeros pueden ser copolímeros, seleccionados de forma
aleatoria, de monómeros olefínicos y monómeros que contienen grupos
ácido caboxílico funcionales, tales como ácidos carboxílicos,
anhídridos de ácido carboxílico, sales metálicas de ácidos
carboxílicos o derivados de los mismos. Ejemplos específicos de unas
adecuadas poliolefinas funcionales incluyen homo o copolímeros de
polietileno y polipropileno injertado con anhídrido de ácido
maleico, ácido etilen-acrílico (EAA) o ácido
etilen-metacrílico (EMAA) o copolímeros
seleccionados al azar.
Es particularmente preferible que la capa de
barrera 14 incluya una mezcla de poli(alcohol vinílico) y
copolímero de ácido etilen-acrílico. La relación de
mezcla entre el poli(alcohol vinílico) y el copolímero de
ácido etilen-acrílico puede formar una protección
general contra el transporte de gas del laminado de embalaje. La
cantidad de copolímero de ácido etilen-acrílico
debería ser suficiente para formar una fase cohesiva que en parte
proteja al poli(alcohol vinílico) y en parte actúe contra o
prevenga eficazmente el transporte de líquido a través de la capa de
barrera 14.
Después de ser recubierta, la cinta de capa de
soporte 11 es conducida a través de un aparato de secado 15, tal
como un secador infrarrojo o un secador de aire caliente que actúa
sobre el lado recubierto de la capa de soporte 11 para eliminar el
agua y secarlo, y posiblemente también para curar la capa de barrera
14 aplicada a una temperatura de secado de aproximadamente
80-100ºC, preferentemente de aproximadamente
90-95ºC, y, si corresponde, a una temperatura de
curado para la reticulación de los grupos funcionales incluidos en
la mezcla de polímero aplicada, temperatura que será de hasta
aproximadamente 190ºC, preferentemente 170ºC.
Finalmente, la capa de soporte 11 acabada, con la
capa de barrera 14 aplicada, es enrollada y subsiguientemente
almacenada o usada directamente en un procedimiento de laminación
convencional destinado a producir un material de embalaje laminado
10 dotado de unas excelentes propiedades de barrera.
La capa de soporte 11 acabada, con la capa de
barrera 14 aplicada, puede usarse idealmente para producir un
material de embalaje 10 en la forma correspondiente y con un equipo
de producción similar al empleado en la producción de material de
embalaje que contiene una lámina de aluminio como capa de barrera.
La figura 2 muestra una cinta de capa de núcleo plegable, aunque de
configuración rígida, que tiene un gramaje aproximado de
100-500 g/m^{2}, preferentemente de
aproximadamente 200-300 g/m^{2} y que puede estar
constituida por una capa de fibra convencional de papel o papel
cartón dotada de unas adecuadas cualidades de envasado. La capa de
núcleo 16 es conducida a través de un estrechamiento de arrastre de
dos rodillos giratorios 17 para adherirse a una cinta de capa de
soporte 11 con una capa de barrera 14 curada durante la aplicación -
mediante un extrusor 18 - de una o más capas de termoplástico 19
susceptible de extrusión, preferentemente polietileno, entre la capa
de núcleo 16 y la capa de soporte 11. Según se aprecia, el material
de barrera 14 está en la cara externa de la capa de soporte, aunque
alternativamente puede estar en la cara interna.
Finalmente, la cinta laminada es conducida a
través del estrechamiento de arrastre de dos rodillos giratorios 20
con la aplicación simultánea de unas delgadas capas de termoplástico
21, 22 susceptible de extrusión, preferentemente polietileno, a
ambos lados externos de la cinta, usando los extrusores 23, para
proporcionar al material de embalaje laminado 10 de la presente
invención la estructura en sección transversal mostrada
esquemáticamente en la figura 3. Alternativamente, se pueden
disponer dos extrusores 23 de forma secuencial para la consiguiente
extrusión de unas delgadas capas de termoplástico 21 y 22 sobre los
respectivos lados externos de la cinta laminada.
Las dos capas de plástico 21 y 22 tienen, por una
parte, la finalidad de proteger el material de embalaje 10 de la
penetración de vaho y humedad desde el exterior, y, por otra, la
función de convertir al material de embalaje en sellable por el
procedimiento que convencionalmente se conoce como termosellado, con
el cual las mutuas capas de plástico enfrentadas se unen entre sí
por el calor y la presión de la fusión superficial. La operación de
termosellado produce unas uniones selladas resistentes y estancas
durante la conversión del material de embalaje en envases
acabados.
A la capa de plástico externa 22, aplicada al
material de embalaje 10 sobre el lado de la capa de núcleo 16 que se
pretende orientar hacia el exterior del envase acabado, se le puede
proporcionar una adecuada impresión de naturaleza decorativa y/o
informativa para la identificación del producto envasado.
Con el material de embalaje laminado de la
presente invención se pueden producir unos envases 24 estancos y
dimensionalmente estables que presentan unas excelentes propiedades
de barrera frente al gas oxígeno, empleando máquinas de envasado y
llenado conocidas que, a través de un procedimiento continuo,
forman, llenan y sellan el material convertido en un envase acabado
50. Un ejemplo de un envase 50 convencional de este tipo se muestra
en la figura 4.
Primeramente se unen los bordes longitudinales de
un material de embalaje laminado 10 en forma de cinta para formar un
tubo que se llena con el contenido previsto, y luego se separan de
la cinta los envases 50 individuales sellando repetidamente el tubo
en sentido transversal bajo el nivel del contenido. Los envases 50
se separan unos de otros mediante incisiones en las zonas de sellado
transversal, lográndose la configuración geométrica deseada, que
normalmente es la de un paralelepípedo, mediante una última
operación de formación y sellado.
Cabe mencionar que los diversos laminados de
embalaje según la invención pueden comprender múltiples capas,
además de las mostradas en los dibujos. Por lo tanto, resultará
obvio para el experto en la técnica que el número de capas puede
variar, y que la descripción de las realizaciones ilustradas no
debería considerarse como restrictiva de la presente invención.
Así, la figura 5a ilustra esquemáticamente la
sección transversal de un laminado de embalaje según una realización
simple de la invención, asignándosele el número de referencia
genérico 10a, en tanto que la figura 6a ilustra esquemáticamente el
procedimiento (identificado por 20a) de fabricación de la estructura
de la capa de soporte usada en el laminado 10a. El laminado 10a
comprende una capa de soporte 11, cuya superficie presenta una
textura suave y esencialmente no absorbente. La capa de soporte 11
puede ser una película de plástico o un papel delgado dotado de las
citadas cualidades superficiales. Un substrato de papel delgado con
un peso superficial de aproximadamente 10-25
g/m^{2} no es capaz de absorber una gran cantidad de solución de
almidón debido a su reducido espesor y a que los papeles delgados
disponibles comercialmente suelen tener unas superficies muy suaves,
brillantes y duras. Un papel particularmente apropiado para esta
finalidad es el denominado papel cristal, que no obstante es
bastante caro comparado con otros papeles disponibles en el
comercio. Un papel adecuado podría ser el MG Kraft (Munksjö), de 10
a 25 g/m^{2} de peso superficial. MG indica que el papel es suave
en una de sus superficies, sobre la que preferentemente debería
aplicarse el almidón. Más preferentemente, el substrato 11 será una
película de plástico, ya que ésta ofrecerá las propiedades
superficiales más ventajosas.
Se aplica una delgada capa de solución o
dispersión acuosa de almidón sobre el lado superior de una cinta de
capa de substrato 11, que es conducida en la dirección de la flecha
desde un carrete (no mostrado) hasta una estación de recubrimiento
13a. Una solución de almidón se aplica preferentemente mediante la
tecnología de recubrimiento de película líquida, conocida también
por "recubrimiento por dispersión" o "recubrimiento en
húmedo", bien conocida en la técnica anterior de recubrimiento de
soluciones y dispersiones acuosas. No obstante, según la invención
son aceptables otros procedimientos de recubrimiento - por ejemplo,
el recubrimiento por pulverización. La solución de almidón acuosa se
aplica en una cantidad tal que la capa de almidón 14 aplicada y seca
adquiere un espesor/peso superficial de aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 3 g/m^{2}.
A continuación, la cinta recubierta de solución
acuosa es conducida a una estación de secado 15a, en la que es
secada con la ayuda de un aparato de secado que elimina el agua de
la solución acuosa de almidón aplicada. El secado se puede llevar a
cabo por medio de un aparato de secado convencional, incluyendo un
secador infrarrojo o un secador de aire. Preferentemente, el secado
se realiza a una temperatura de aproximadamente
80-100ºC.
Desde la estación de secado, la cinta seca con
una capa de almidón superior 14 es conducida hasta una estación de
extrusión 23a, en la que la cinta y la capa de almidón se laminan
con una capa de plástico 21. La laminación de la superficie de
almidón a la capa de plástico se realiza a través de una fusión
superficial entre la capa de plástico y la capa de almidón 12, y se
consigue con la aplicación simultánea de calor y plástico.
Preferentemente, el polímero fundido se aplica por extrusión sobre
la capa de almidón seco mientras la cinta es conducida a través del
estrechamiento de arrastre entre dos rodillos de enfriamiento
giratorios 24a, formándose así un laminado que contiene las tres
capas superiores del laminado de embalaje 10a, según se aprecia en
la vista en sección transversal de la figura 1a, con una capa de
plástico externa 21 laminada a la capa de almidón 14. El material
plástico extruido preferentemente será un polímero termoplástico,
más preferentemente LDPE, que permite una eficaz conversión del
laminado de embalaje 10a en envases estancos de dimensiones estables
por medio de lo que se conoce por sellado en caliente. la
temperatura de extrusión debería ser de al menos 200ºC,
preferentemente de aproximadamente 250ºC a aproximadamente
330ºC.
Alternativamente, dicha fusión superficial entre
la capa de almidón 14 y la capa de plástico 21 se logra laminando
una película prefabricada de termoplástico a la capa de almidón seca
14 mediante aplicación simultánea de calor y presión,
preferentemente conduciendo conjuntamente al substrato recubierto de
almidón y a la película de plástico a través de un estrechamiento de
arrastre de rodillos calientes, siendo la temperatura proporcionada
por los rodillos calientes de al menos 200ºC y hasta aproximadamente
350ºC, preferentemente de aproximadamente 250ºC a aproximadamente
330ºC.
A continuación, el laminado de tres capas,
producido en la forma indicada, se puede laminar a un núcleo de
papel cartón 16, según muestra la figura 2, para producir el
laminado de embalaje 10a.
La figura 5b ilustra esquemáticamente la sección
transversal de un laminado de embalaje 10b según otra realización de
la invención, y la figura 6b ilustra esquemáticamente el
procedimiento (identificado por 20b) de fabricación del laminado
10b.
Según esta realización de la invención, el
substrato o capa de soporte 11 se recubre por ambos lados con una
solución acuosa de almidón en la misma forma descrita en la
realización de las figuras 5a y 6a.
En consecuencia, el laminado 10b, fabricado según
el procedimiento de la figura 6b, comprende una capa de substrato
11, según lo definido anteriormente y que preferentemente será una
película de plástico, una delgada película de almidón (14, 14')
aplicada a cada lado de la película de substrato 11, y unas capas de
plástico externas (21, 21') laminadas a los lados externos de las
respectivas capas de almidón mediante la fusión superficial de las
capas de plástico externas y el almidón, lo cual se obtiene por
aplicación simultánea de calor, según lo anteriormente descrito. Con
una estructura de capas de este tipo debería lograrse un efecto
doble de barrera frente al gas, ya que se obtienen dos caras de
contacto entre el almidón y el plástico.
Por consiguiente, con el procedimiento de la
figura 6b se aplica una delgada capa de una solución acuosa de
almidón sobre cada lado de una cinta de capa de substrato 11 que es
conducida en la dirección de la flecha desde un carrete (no
mostrado) hasta una estación de recubrimiento 13b. Preferentemente,
la solución de almidón se aplica mediante tecnología de
recubrimiento por dispersión sobre cada lado de la capa de substrato
11, en una cantidad tal que cada un de las capas de almidón 14, 14'
aplicadas tienen un espesor/peso superficial en seco de
aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3 g/m^{2}.
A continuación, la cinta recubierta con la
solución acuosa es conducida hasta una estación de secado 15b, en la
que es secada con la ayuda de un aparato de secado con objeto de
eliminar el agua de las capas aplicadas de solución acuosa de
almidón. Preferentemente, el secado se realiza a una temperatura de
aproximadamente 80-100ºC, según lo anteriormente
descrito.
Desde la estación de secado, la cinta seca, con
una capa superior de almidón 14 y una capa inferior de almidón 14',
es conducida a través de un rodillo de flexión 25 hasta una estación
de extrusión 23b, en la que la cinta es recubierta adicionalmente
con una capa de plástico aplicada a cada lado. Las capas de plástico
21 y 21' se aplican a través de unos respectivos extrusores 26, 27
que actúan a cada lado de la cinta. El polímero fundido es extruido
sobre las capas de almidón secas mientras la cinta es conducida a
través del estrechamiento de arrastre de dos rodillos de
enfriamiento giratorios 24b, en principio según lo anteriormente
descrito, formándose el laminado 10b mostrado en la vista de sección
transversal de la figura 5b. El laminado 10b se puede unir a una
capa de núcleo para formar la unidad de embalaje acabada mostrada en
la figura 2.
La figura 5c ilustra esquemáticamente la sección
transversal de un laminado de embalaje 10c según una realización
alternativa de la invención, en tanto que la figura 6c ilustra
esquemáticamente el procedimiento (identificado por 20c) de
fabricación del laminado 10c.
La capa de núcleo de papel o papel cartón usada
en la invención suele tener un espesor de aproximadamente 100 \mum
a aproximadamente 400 \mum, con un peso superficial de
aproximadamente 100-500 g/m^{2}, preferentemente
de aproximadamente 200-300 g/m^{2}.
Según el procedimiento 20c, una primera cinta de
dicha capa de núcleo 16 es conducida en la dirección de la flecha
desde un carrete (no mostrado) hasta una estación de laminado por
extrusión 28, en la que una segunda cinta de capa de soporte 11, con
una capa seca de almidón 14, 14' aplicada a cada lado, se superpone
por laminación a la capa de núcleo mediante una capa de intermedia
de laminación por extrusión en fusión 19 compuesta por un polímero
termoplástico, preferentemente polietileno y más preferentemente
LDPE.
A continuación, la cinta de capas laminadas 16'
de núcleo, almidón y substrato es conducida hasta una estación de
extrusión en la que se aplica por extrusión una capa externa de
termoplástico 21, 22, preferentemente de LDPE a cada lado del
laminado 16', de manera que tanto la capa de almidón sobre el lado
externo de la capa de substrato 11, opuesta al lado que ha sido
laminado a la capa de núcleo, como la del lado opuesto de la capa de
núcleo 16, son recubiertas por el termoplástico extruido para formar
las capas 21 y 22.
Unos termoplásticos apropiados para la capa
externa 14 son las poliolefinas, preferentemente polietilenos y más
preferentemente polietilenos de baja densidad, tales como, por
ejemplo, el LDPE, el LDPE lineal (LLDPE) o los polietilenos
metaloceno con catalizador de sitio único (m-PE). La
capa externa 22, que eventualmente formará el exterior del envase
fabricado a partir del laminado de embalaje, se puede aplicar
alternativamente sobre la cinta de núcleo 16 en una etapa anterior a
las etapas de recubrimiento y secado de la solución de almidón.
La figura 5d ilustra esquemáticamente la sección
transversal de un laminado de embalaje 10d según otra realización de
la invención, en tanto que la figura 6d ilustra esquemáticamente el
procedimiento (identificado por 20d) de fabricación del laminado
10d. El laminado de embalaje 10d se fabrica a través de la
aplicación y secado de una delgada capa de solución acuosa de
almidón 12 sobre el lado superior de una capa de substrato 11
constituida por una película de plástico, según se describe
anteriormente en el procedimiento 20a, en una etapa inicial.
Según el procedimiento 20d, una primera cinta de
capa de núcleo 16 es conducida en la dirección de la flecha desde un
carrete (no mostrado) hasta una estación de laminado por extrusión
28', en la que una cinta de capa de substrato 11 con de una capa
seca de almidón 14 aplicada a uno de los lados se superpone de
manera que la capa de almidón 14 quede orientada hacia la capa de
núcleo y laminada a la capa de núcleo por medio de una capa
intermedia de laminación por extrusión en fusión de un polímero
termoplástico, preferentemente un polietileno y más preferentemente
LDPE. La capa de substrato 11, es decir, la película de plástico,
puede formar una capa externa del laminado de embalaje, quedando
orientada hacia el interior de un envase fabricado con dicho
laminado de embalaje, proporcionándose así una capa interna al
envase. En una estación de extrusión final 29' se aplica la capa de
termoplástico externa 17 mediante recubrimiento por extrusión.
Un inconveniente de los laminados descritos en el
documento WO97/16312 es que su fabricación requeriría una maquinaria
totalmente diferente a la convencionalmente usada para laminados de
papel cartón que incluyen una lámina de aluminio como barrera de
gas. Dichos laminados de embalaje se fabrican laminando por
extrusión un substrato de papel a la lámina de barrera, usando
polietileno. Por el contrario, y como puede apreciarse por lo
anteriormente indicado, una capa de soporte de plástico o de papel
delgado provista de un recubrimiento de almidón en una cara o en
ambas caras, con o sin plástico aplicado a la capa de almidón sobre
uno o ambos lados, puede simplemente ser sustituida por la lámina de
aluminio con ajustes menores realizados en una maquinaria
convencional. La preparación del material de soporte del almidón se
puede realizar de forma totalmente independiente, en otras
instalaciones, en caso necesario, de manera que la línea de
conversión existente en una factoría se puede adaptar fácilmente
para el uso de nuevos materiales.
Por consiguiente, una importante ventaja
adicional mediante una realización preferente del procedimiento
ilustrado consiste en que las etapas de aplicación y secado de la
solución de almidón se puede realizar fuera de la línea de
procesamiento del laminado, evitándose así una costosa modificación
y reconstrucción del equipo de laminación para la fabricación de
laminados de embalaje dotados de una capa de núcleo. Mediante la
aplicación de una capa de almidón a una delgada capa de soporte, tal
como una película de plástico o un papel delgado con una superficie
suave y sustancialmente no absorbente, en la subsiguiente laminación
con capas adicionales de plástico y una capa de núcleo, la operación
de laminación se puede realizar con el mismo equipo y procedimiento
usado en la actualidad, para laminar, por ejemplo, lámina de
aluminio y capas internas.
A partir de un material en bruto de laminado de
embalaje 10 en forma de lámina o cinta, preferentemente previamente
plegado y decorado a color, se pueden producir envases estancos, de
dimensiones estables, de tipo desechable y de un solo uso empleando
la tecnología convencional de
"formar-llenar-sellar", según
la cual los envases se forman, llenan y sellan usando máquinas
modernas y racionales de envasado y llenado. A partir, por ejemplo,
de una cinta de laminado de embalaje, dichos envases se fabrican
transformando primeramente la cinta en un tubo, uniendo ambos bordes
longitudinales del tubo entre sí mediante el sellado térmico de una
unión solapada longitudinal. El tubo se llena con el contenido
previsto, tal como un producto alimenticio líquido, y se divide en
envases individuales mediante repetidos sellados del tubo,
transversalmente a través de su eje longitudinal y por debajo del
nivel del contenido del tubo. Finalmente, los envases se separan
unos de otros por unas incisiones transversales a lo largo de los
sellos transversales, proporcionándoseles la forma geométrica
deseada, normalmente de paralelepípedo, con una operación adicional
de formación y sellado térmico, conocida per se.
Usando los procedimientos y materiales
anteriormente descritos, consistentes en la aplicación de una
solución acuosa de almidón o derivado de almidón a una capa de
substrato de un material seleccionado específicamente para recibir a
la capa de almidón, en combinación con el subsiguiente secado y
laminación de una capa de plástico por fusión térmica de la
superficie de plástico, se obtienen unas propiedades de barrera de
gas oxígeno en laminados de embalaje mucho mejores que las del
documento WO97/16312. Las mejores propiedades de barrera de gas de
la capa de almidón laminada mejoran radicalmente por un factor de
aproximadamente 10, convirtiéndola en lo que se conoce como una capa
de barrera de alto rendimiento. Los mejores resultados de barrera de
gas se obtienen cuando la capa de barrera consta de un polímero o
tiene una superficie recubierta de polímero, aunque un papel delgado
con un peso superficial de aproximadamente 10-25
g/m^{2}, con superficies suaves y esencialmente no absorbentes,
también brindará unas mejores propiedades de barrera de gas
comparadas con las previamente conocidas en relación con el
almidón.
Cuando 2 gramos de almidón por m^{2} recubren
una película de plástico (poliéster, PET) y a su vez son recubiertos
por extrusión con una capa de LDPE, se obtiene una barrera frente al
gas oxígeno de sólo 9 cm^{3}/m^{2}, en 24 h y a 1 atm (23ºC, 50%
de humedad relativa). De forma similar, una capa de almidón de 5
g/m^{2} produce una barrera frente al oxígeno de aproximadamente 4
cm^{3}/m^{2}, y una capa de 7 g/m^{2}, de sólo 3
cm^{3}/m^{2}.
Las óptimas propiedades de barrera de gas
obtenidas en estos ejemplos, usando una capa de soporte de plástico
o una superficie de plástico, son la suavidad y la repelencia de los
líquidos, resultado que se estima proviene, al menos parcialmente,
de la calidad de la superficie. Aunque el mecanismo del efecto
obtenido usando una cara de contacto unida por fusión entre las
capas de almidón y plástico no se comprende enteramente, las
propiedades óptimas de barrera de gas pueden ser en parte el
resultado de que exista dicha superficie de contacto formada en
ambos lados de la capa de almidón, ya que la capa de substrato sobre
la que se aplica el almidón es de plástico, y el mismo tipo de
fenómeno puede producirse en esta superficie de contacto al aplicar
calor a las capas de almidón y plástico.
La capa de barrera de gas compuesta de almidón
según la invención se aplica ventajosamente en una cantidad de
aproximadamente 0,5 a 3 g/m^{2}, peso en seco. En cantidades
inferiores a 0,5 g/m^{2}, la tolerancia del espesor de la capa
disminuye y las propiedades de barrera de gas resultan menos
fiables. Por el contrario, en cantidades superiores a
aproximadamente 3 g/m^{2}, aumenta el riesgo de que la capa de
barrera de almidón se torne frágil y carente de flexibilidad. No
obstante, se pueden aplicar unas cantidades de hasta 5 g/m^{2},
peso en seco, y podrían aceptarse unas cantidades incluso mayores
para ciertos tipos de envase. La propiedad de barrera de gas de la
capa de almidón mejora si se incrementa el espesor. La cantidad
óptima y preferente de almidón se sitúa en el intervalo de
aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2 g/m^{2}.
Ejemplos
Se prepararon unos laminados de embalaje usando
un núcleo de papel cartón Billerud Duplex con un contenido de 12
g/m^{2} de LDPE en su exterior.
Los laminados se prepararon mediante un
recubrimiento por extrusión de LDPE a 325ºC aplicado sobre un papel
papel cartón "Duplex" (Billerud) con un peso superficial de 280
g/m^{2} y una rigidez frente a la flexión de 320 mN. El LDPE era
LD273 (Dow) con un índice de fusión de 6,5 a 7,5.
La extrusión del LDPE se realizó a través de un
único extrusor de tornillo aplicado sobre el papel cartón justo
antes de pasar entre un rodillo de enfriamiento y un rodillo de
contrapresión. El rodillo de enfriamiento tenía una temperatura
superficial de aproximadamente 10 a 15ºC.
Se prepararon varias combinaciones de materiales
de soporte y materiales de barrera, según se detalla en la Tabla 1,
los cuales fueron laminados por extrusión al interior del núcleo de
papel cartón, entre una capa de 10 a 15 g/m^{2}de LDPE, a 325ºC.
Al preparar el material de barrera/material de soporte se preparó
también un elemento de almidón para revestimiento partiendo de una
etapa de polvo seco, mezclando 10% de almidón con agua a temperatura
ambiente para formar una suspensión acuosa. La suspensión se calentó
a 90-95ºC durante el mezclado, y se mantuvo a dicha
temperatura durante 30 minutos. En el transcurso del calentamiento,
el almidón se hinchó.
Si se puede - por ejemplo, como en el caso del
almidón oxidado Raisamyl 306 (Raisio) -, el almidón se enfría hasta
la temperatura ambiente antes de usarlo para el revestimiento. No
obstante, si esto produce la gelificación del almidón - por ejemplo,
como en el caso del almidón hidroxipropilado Cerestar -, el almidón
deberá aplicarse en caliente (60ºC).
Un peso en húmedo equivalente a aproximadamente
diez veces el peso del recubrimiento en seco deseado fue aplicado al
material de soporte en forma de cinta usando una máquina de
recubrimiento/dispersión de película líquida Hirano, del tipo de
cuchilla sobre rodillo, conocida también como "recubridora de
disposición directa" o "recubridora de nariz de buey".
Para el almidón se usó una primera etapa de
secado por calentamiento infrarrojo a 80-100ºC
destinada a proporcionar rapidez al procedimiento de secado, seguida
de una etapa de secado por aire caliente en la que el recubrimiento
de almidón fue secado con aire caliente a una velocidad de cinta de
1 m/min y temperatura de 110ºC. Generalmente, una temperatura de 100
a 130ºC es apropiada, dependiendo de la velocidad de la línea.
En algunos casos, la capa de almidón seca se
recubrió por extrusión con LDPE. Aproximadamente 25 g/m^{2} de
LDPE fueron aplicados por extrusión sobre la capa de almidón seco a
aproximadamente 200 m/min, 325ºC, con el rodillo de enfriamiento a
10-15ºC, según lo anteriormente citado. Normalmente,
la distancia entre el troquel de extrusión y la cinta es de 10 a 30
cm. El LDPE extruido impactó la cinta justo antes de que ésta
penetrara entre el rodillo de enfriamiento y el rodillo de
contrapresión.
Se aplicó PVOH/EAA en forma de una solución en
agua, que fue secada a 150ºC y luego curada a 225ºC
Los resultados obtenidos en términos de barrera
de gas oxígeno del laminado de embalaje (ajustados para eliminar la
contribución del OPET, en caso necesario) se muestran en la Tabla
1.
Claims (30)
1. Un procedimiento de producción de un material
de embalaje laminado (10) que comprende una capa de núcleo (16) de
papel o papel cartón y una capa de barrera frente al gas (14)
aplicada sobre un lado de la capa de núcleo, caracterizado
porque la dispersión polímera o solución polímera se aplica en forma
de capa de barrera de gas (14) sobre al menos un lado de la capa de
soporte (11) y se seca durante el calentamiento para eliminar el
agua, después de lo cual la capa de soporte (11), con la capa de
barrera de gas (14) aplicada y seca, se combina con y se une
permanentemente a un lado de la capa de núcleo (16).
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha capa de barrera de gas (14) se
aplica por medio del recubrimiento de película líquida de una
dispersión o solución polímera acuosa.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, caracterizado porque dicha dispersión
polímera o solución polímera acuosa aplicada como capa de barrera de
gas (14) incluye un polímero con grupos hidroxilo funcionales.
4. Un procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque dicho polímero con grupos hidroxilo
funcionales se selecciona entre poli(alcohol vinílico),
alcohol etilen-vinílico, almidón, derivados de
almidón, carboximetilcelulosa y otros derivados de la celulosa, o
una mezcla de dos o más de los mismos.
5. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha dispersión
polímera o solución polímera acuosa aplicada como capa de barrera de
gas (14) es secada y opcionalmente curada a una temperatura de
aproximadamente 80 a 230ºC.
6. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha dispersión
polímera o solución polímera acuosa aplicada como capa de barrera de
gas (14) es secada a una temperatura de 140 a 160ºC y curada a una
temperatura de 170 a 230ºC.
7. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha dispersión
polímera o solución polímera acuosa aplicada como capa de barrera de
gas (14) incluye, además, un polímero con grupos ácido carboxílico
funcionales.
8. Un procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque dicho polímero con grupos ácido
carboxílico funcionales se selecciona entre un copolímero de ácido
etilen-acrílico y un copolímero de ácido etilen-
metacrílico, o mezclas de los mismos.
9. Un procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque dicha capa de barrera de gas (14) consta
de una mezcla de poli(alcohol vinílico) y copolímero de ácido
etilen-acrílico.
10. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la capa de
barrera de gas (14) seca se cura a una temperatura de hasta
190ºC.
11. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicha capa de
barrera de gas (14) se aplica sobre la capa de soporte (11) en una
cantidad de aproximadamente 0,5 a 20 g/m^{2}, preferentemente de 2
a 10 g/m^{2}.
12. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dicha capa de
soporte (11) consta de papel o plástico.
13. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dicha capa de
soporte (11) consta de papel con un gramaje de 15 a 35
g/m^{2}.
14. Un procedimiento según cualquier
reivindicación precedente, en el que la capa de soporte que contiene
al menos una de dichas capas de barrera de gas se combina con y une
a la capa de núcleo por extrusión de una capa intermedia de
termoplástico.
15. Un procedimiento según la reivindicación 14,
en el que dicha capa de soporte contiene una de dichas capas de
barrera de gas en uno de sus lados y se combina con la capa de
núcleo por extrusión de una capa de termoplástico entre la capa de
soporte y la capa de núcleo.
16. Un procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque una capa externa (21, 22) de
termoplástico se aplica sobre la capa de barrera de gas (14) por
medio de extrusión.
17. Un procedimiento según la reivindicación 14,
en el que dicha capa de soporte contiene una de dichas capas de
barrera de gas en uno de sus lados o en ambos lados, y se combina
con la capa de núcleo por extrusión de una capa de termoplástico
entre la capa de núcleo y una de dichas capas de barrera de gas.
18. Un procedimiento según la reivindicación 17,
en el que dicha capa de soporte contiene una de dichas capas de
barrera de gas en ambos lados de la misma, y en el que una capa de
termoplástico se aplica por extrusión a la capa externa de material
de barrera de gas.
19. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la capa de
plástico (19) aplicada entre la capa de núcleo (16) y la capa de
soporte (11) o una de dichas capas de barrera de gas (14) incluye
una sustancia que actúa como barrera frente a la luz.
20. Un material de embalaje laminado (10),
caracterizado porque se produce mediante el procedimiento
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.
21. Un material de embalaje laminado (10) según
la reivindicación 20, con un núcleo de papel o papel cartón y una o
más capas de barrera de gas (14) de almidón o un derivado de almidón
que proporciona(n) una propiedad de barrera frente al gas
oxígeno de 50 cm^{3}/m^{2}, en 24 h, a 1 atm (23ºC, 50% de
humedad relativa) o mejor, teniendo dicha capa o capas de barrera de
gas un peso de recubrimiento en seco o un peso de recubrimiento
agregado de no más de 7 gm^{-2}.
22. Un material de embalaje laminado (10) según
la reivindicación 21, en el que la propiedad de barrera frente al
oxígeno de la capa o capas (14) de almidón o derivado de almidón es
de 30 cm^{3}/m^{2}, en 24 h, a 1 atm (23ºC, 50% de humedad
relativa) o mejor.
23. Un material de embalaje laminado (10) según
la reivindicación 21 o la reivindicación 22, el cual comprende una
capa de plástico laminada directamente con dicha capa de barrera de
gas (14).
24. Un material de embalaje laminado (10) según
la reivindicación 23, en el que dicho plástico es polietileno,
polipropileno o tereftalato de polietileno.
25. Un material de embalaje laminado (10) según
una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, en el que la capa o
cada una de las capas de barrera de gas (14) se aplica a un peso de
recubrimiento en seco de hasta 5 gm^{-2}.
26. Un material de embalaje laminado (10) según
la reivindicación 25, en el que la capa o cada una de las capas de
barrera de gas (14) se aplica a un peso de recubrimiento en seco de
0,5 a 4 gm^{-2}.
27. Un material de embalaje laminado (10) según
la reivindicación 25, en el que la capa o cada una de las capas de
barrera de gas (14) se aplica a un peso de recubrimiento en seco de
0,5 a 3 gm^{-2}.
28. Un material de embalaje laminado (10) según
la reivindicación 25, en el que la capa o cada una de las capas de
barrera de gas (14) se aplica a un peso de recubrimiento en seco de
1,5 a 2 gm^{-2}.
29. Un material de embalaje laminado (10) según
cualquier reivindicación precedente, en el que la capa o cada una de
las capas de barrera de gas (14) comprende, además, una pequeña
cantidad de poli(alcohol vinílico), ácido
etilen-acrílico, o una mezcla de los mismos.
30. Un envase (24), caracterizado porque
se produce mediante formación por plegado de un material de embalaje
laminado (10) que tiene forma de lámina o cinta, según una
cualquiera de las reivindicaciones 20 a 29.
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