ES2242766T3 - Recubrimiento de substrato y aparato para la aplicacion del mismo. - Google Patents

Abstract

Aparato (10) para aplicar un revestimiento sobre un sustrato conteniendo un primer rodillo (12) sobre el cual se introduce una emulsión líquida de revestimiento, un rascador para suprimir del rodillo (12) el exceso de revestimiento, y un segundo rodillo (16) en contacto con el primer rodillo (12) y adaptado para transferir el revestimiento del primer rodillo al substrato, el rascador (14) conteniendo dos láminas de rascador mutuamente opuestas (28, 30) y un depósito de revestimiento (32) en el cual una presión suficiente se aplica al substrato para comprimir el substrato con el fin de reducir el espesor del revestimiento y en consecuencia el peso del revestimiento finalmente aplicado al substrato.

Description

Recubrimiento de substrato y aparato para la aplicación del mismo.

Fundamento de la invención

Esta invención se refiere al recubrimiento de un substrato. Más en particular, la invención se refiere al recubrimiento de un cartón para envasar alimentos. La invención se refiere también a un aparato y a un método para aplicar el recubrimiento a un substrato.

Cuando se utilizan envases de cartón para envasar artículos alimentarios, por ejemplo comidas precocinadas o carne que contienen líquido, es preciso aplicar al cartón una barrera en forma de capa de otro material para garantizar que el propio cartón permanezca lo más seco posible y por lo tanto conserve su resistencia mecánica. La barrera también garantiza que el líquido no rezume a través del envase. Con preferencia, la barrera debe ser, además, relativamente impermeable al aire con el fin de impedir al máximo que la carne contenida dentro del envase cambie de color, también debe ser insoluble cuando entre en contacto con una extensa gama de disolventes, incolora y sustancialmente inodora, tener un coeficiente de fricción elevado y al mismo tiempo propiedades de sellado en caliente.

Lo más corriente es que una capa en forma de película de plástico sea moldeada por extrusión o pegada sobre el cartón para hacer envases a prueba de agua o grasa y que puedan emplearse para envasar una extensa variedad de alimentos e incluso líquidos. El proceso de extrusión es el más rápido de los dos métodos de recubrimiento y constituye la opción más barata para grandes volúmenes de producción, pero exige elevadas inversiones de capital. Este método sólo es viable si el proceso va a realizarse de manera continua. El proceso de pegado requiere un menor desembolso de capital, pero sólo puede llevarse a cabo más lentamente y, por lo tanto, no es rentable para grandes volúmenes de producción. Para ambos métodos, el peso específico de la película que se aplica se sitúa por lo general alrededor de los 20 g/m^{2}. La película utilizada no es biodegradable y resulta difícil de reciclar porque, una vez que la película se ha adherido al cartón, es problemático volver a separar las dos partes.

Además, se ha propuesto la aplicación de varias capas en estado líquido para su uso en aplicaciones en contacto con comida. La US 5 776 619 para Shanton revela una capa de cartón para ser utilizada en la formación de contenedores rígidos de comida. La capa consta de un recubrimiento básico compuesto por un látex de polímeros de estireno acrílico y pigmento que se aplica directamente al cartón, y un recubrimiento superior compuesto por un látex de polímeros de estireno acrílico y pigmento que se aplica sobre el recubrimiento básico. Esta capa pretende mejorar la resistencia a la grasa, al aceite y al corte y potenciar las cualidades de impresión.

La US 4 097 297 para Keene revela un barniz nitro celulósico que puede aplicarse a una cara del cartón, tanto si está recubierto previamente con arcilla como si no está recubierto con arcilla. Para que repela mejor el agua y el aceite, se le añade al barniz un modificador fluoro químico de la tensión superficial.

La WO-A-98/24557 revela además un aparato para aplicar un recubrimiento a un substrato, que consta de un cilindro en forma de rodillo giratorio o dosificador en el cual se introduce una emulsión líquida del recubrimiento, de un raspador para retirar del cilindro el recubrimiento sobrante, y también de un segundo cilindro, en contacto con el primero, y dispuesto de manera que transfiera el recubrimiento del primer cilindro al substrato; en esta disposición conocida, el raspador posee una hoja raspadora y un depósito de recubrimiento. En funcionamiento, se aplica una presión mínima a la lámina de acero eléctrico a recubrir, con el fin de eliminar de la misma las irregularidades super-
ficiales.

Resumen de la invención

La presente invención pretende cumplir los criterios anteriores y superar o al menos mitigar los problemas de la técnica anterior.

En virtud de un primer aspecto de la invención, se presenta un aparato para aplicar un recubrimiento a un substrato, que consta de un primer cilindro en el cual se introduce una emulsión líquida del recubrimiento, de un raspador para quitar del cilindro el recubrimiento sobrante y de un segundo cilindro, en contacto con el primero, y dispuesto de manera que transfiera el recubrimiento del primer cilindro al substrato, en que el raspador comprende dos hojas raspadoras opuestas entre sí y un depósito de recubrimiento y en que se aplica presión suficiente al substrato para comprimirlo y con ello reducir el espesor del recubrimiento y, por lo tanto, el peso del recubrimiento que, en definitiva, se aplica al substrato.

Preferentemente, se le aplica al substrato una presión para comprimirlo en alrededor de 0,05-0,1 mm a velocidades de trabajo.

Según una característica opcional del primer aspecto de la invención, el aparato es un aparato flexográfico.

Según una característica opcional del primer aspecto de la invención, el segundo cilindro es elástico. Con preferencia, el segundo cilindro puede fabricarse de EPDM o de una lámina fotopolimérica flexográfica.

Un segundo aspecto de la invención proporciona un método para aplicar un recubrimiento a un substrato, con ayuda del aparato reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que consta de los pasos siguientes:

i)

aplicar una emulsión líquida del recubrimiento a un primer cilindro de un aparato de recubrimiento desde un depósito de recubrimiento,

ii)

quitar del primer cilindro el recubrimiento sobrante con la ayuda de una hoja raspadora asociada al depósito de recubrimiento,

iii)

transferir el recubrimiento a un segundo cilindro, en contacto con el primer cilindro, y

iv)

transferir el recubrimiento a un substrato, en contacto con el segundo cilindro.

Con preferencia, el primer cilindro de dicho aparato es un cilindro de cerámica en panal.

Con mayor preferencia, el método puede comprender, además, la fase de secado del recubrimiento mediante un sistema calefactor.

Con mayor preferencia, el método puede comprender, además, el paso de aplicar presión al substrato para comprimirlo en 0,05-0,1 mm aproximadamente a velocidades de trabajo.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describe además, a modo de ejemplo sólo, con referencia a los dibujos adjuntos, en que:

La Figura 1 es una vista lateral esquemática del aparato para aplicar el recubrimiento a cartón, donde se representa el depósito;

La Figura 2 es a una elevación lateral del raspador y las hojas raspadoras;

La Figura 3 es una vista en perspectiva de un extremo del raspador; y

La Figura 4 es una vista del raspador que ilustra los tubos de entrada y salida del recubrimiento líquido.

Descripción detallada de las incorporaciones preferentes

En general, los recubrimientos aplicados según la técnica anterior, que pueden usarse en contacto con alimentos húmedos, como carne y comidas precocinadas, no han tenido la suficiente resistencia al agua y, por lo tanto, el alimento se adhería al cartón, de donde resultaba la rotura de éste y el probable y desagradable cambio de color del mismo. Tras numerosos ensayos, se ha formulado un recubrimiento que ha sido aprobado para su contacto con alimentos y ha logrado el certificado de conformidad ISEGA: recomendación XXXV BgVV para contacto con alimentos húmedos, secos y grasientos. En concreto, se ha obtenido la aprobación de la DGCCRF francesa (Direction Générale de la Consommation, de la Concurrence et de la Répression des Fraudes), de manera que la formulación cumple con la Resolución (96) 5 del Consejo Europeo. La DGCCRF, a su vez, cumple las directivas de la UE 82/711, 93-8, 90-128, 92-39, 85-572 y las modificaciones de la 82/711 por la 97/48/CE vigente desde el 29 de julio de 1997. Además, todos los compuestos que contiene el recubrimiento están en las "listas positivas" no tóxicas actuales de la EU, específicamente la resolución AP96/5 "Recubrimientos superficiales destinados a entrar en contacto con alimentos" del Consejo Europeo y adoptada por el Consejo de Ministros el 2 de octubre de 1996.

Como parte del proceso de aprobación, se llevaron a cabo ensayos de migración del recubrimiento a los alimentos (simulados por varios disolventes, como agua destilada, isooctano no polar y etanol polar). La migración máxima permisible para cada disolvente es de 10 mg/dm^{2} ó 60 mg/kg de alimento en un período de contacto de siete
días.

Los resultados de los ensayos realizados en bandejas hechas de cartón recubierto se resumen en la tabla 1 siguiente:

TABLA 1

Disolvente	Duración del contacto (días)	Temperatura (ºC)	Migración (mg/dm^{2})
Agua destilada	5	5	4,1
Agua destilada	7	5	4,1
Etanol (al 95% de conc.)	3	5	2,8
Etanol (al 95% de conc.)	7	5	2,9
Isooctano	0,5	5	1,1

La siguiente etapa del método de comprobación del procedimiento de formulación del recubrimiento fue la realización de pruebas sensoriales para garantizar que los olores del recubrimiento no contaminan los alimentos con los que entra en contacto. El método seguido satisface la norma francesa AFNOR XPV 09-0009 (septiembre de 1995) titulada "Método de evaluación de la migración de cuerpos extraños de los envases a los alimentos" y NF V 09-013 (julio de 1983) "Análisis sensorial - prueba metodológica triangular" (equivalente a ISO 4120). El ensayo se realiza de la manera siguiente: se coloca mantequilla (sustancia que se usa por la facilidad con que se contamina y retiene sabores) en contacto con el cartón recubierto durante un tiempo establecido de 48 horas a 10ºC. Dos muestras de mantequilla expuesta y una muestra adicional de control se someten a un panel de degustación y, si más de uno de los tres miembros del panel averiguan cuál es la mantequilla de control, cuando se ha evaluado una cantidad de pruebas significativa desde el punto de vista estadístico, el ensayo ha fallado. Se ha encontrado una formulación de recubrimiento que supera esta prueba.

Una etapa final voluntaria del procedimiento es el ensayo de migración específica, en que monómeros y catalizadores específicos empleados en el recubrimiento son sometidos a un ensayo de migración con ayuda de un cromatógrafo de gases. Este ensayo fue desarrollado para comprobar la migración a la carne, en particular. El proceso de formulación ha dado por resultado una formulación de recubrimiento acrílico (que no forma parte de la presente invención), un ejemplo de la cual es un aceite en emulsión acuosa. La emulsión consta de una fase líquida dispersa y una fase líquida continua. La fase líquida dispersa contiene parafina epoxídica PE en una concentración del 5% para proporcionar las propiedades de barrera contra la grasa. La formulación contiene, además, un dispersante de la parafina y, con preferencia, un modificador de la tensión superficial que ayuda a transferir el recubrimiento desde los cilindros al papel, mediante la reducción de la tensión superficial a menos de 38-40 dinas/cm (la tensión superficial del cartón) y un agente antiespumante. En este ejemplo, la formulación tiene una tensión superficial de 32 dinas/cm.

Un segundo ejemplo prescinde de la parafina epoxídica PE para formar una disolución de recubrimiento basada totalmente en agua sin la parafina PE.

El recubrimiento presenta una excelente resistencia al agua (ensayo de Cobb: paso de <= 1 g/m^{2} al cabo de un minuto y paso de <= 5 g/m^{2} al cabo de 30 minutos) y una resistencia a la grasa con baja permeabilidad y características generales de migración bajas. Otra ventaja del recubrimiento es que forma una barrera para el oxígeno y aumenta el tiempo de conservación del alimento contenido en el envase.

Además, el recubrimiento es notablemente no adhesivo e incoloro, es insoluble en una extensa gama de diferentes disolventes simuladores de alimentos, tiene escaso olor y no es exfoliador, pero tiene una adherencia relativa a alimentos como el pavo. Esto puede lograrse mediante la adición de un agente de bloqueo a la formulación. Algo de adherencia relativa es ventajoso porque permite que los envases fabricados con el cartón recubierto y que contengan alimentos puedan colocarse en los estantes inclinados hacia los compradores de los alimentos al mismo tiempo que sostienen los alimentos en la posición deseada dentro del envase. Esta posibilidad mejora también la presentación y el potencial de venta de los alimentos.

El recubrimiento también tiene la ventaja de admitir el sellado térmico. Se puede conseguir un sellado de recubrimiento con recubrimiento a una temperatura de 150ºC y con una presión de 2 bar durante 2 segundos. Para sellar el recubrimiento con el cartón, habría que mantener una temperatura de 160ºC y una presión de 3 bar durante 5 segundos. Cuando cualquier intento de romper el recubrimiento mencionado del cartón dé por resultado la exfoliación del cartón, se tendrá la prueba de haberse conseguido un buen sellado.

En una clase de incorporaciones, el recubrimiento es absorbido en parte por el substrato, por ejemplo el cartón recubierto.

En la Figura 1 se muestra un aparato 10 para aplicar un recubrimiento a un substrato como cartón 20 con ayuda de un proceso flexográfico. Una emulsión líquida o disolución del recubrimiento se aplica a la superficie de un cilindro de anilox 12. En una incorporación preferente, un cilindro cerámico alveolar permite que una proporción exacta del recubrimiento sea transferida al cilindro auxiliar 16. Los alvéolos del primer cilindro tienen con preferencia 35 micras de profundidad, y hay 90 celdas/cm lineal que dan una capacidad eficaz de 11-14 cm^{3}/m^{2}. Para el recubrimiento preferente, en una pasada se transfieren 6 g/m^{2} (40% del volumen teórico) con un ángulo de grabación de 60º. Este tipo de cilindro de anilox 12 se usa porque permite que el cilindro se cargue con una mayor cantidad de recubrimiento. Un raspador 14 quita todo el recubrimiento sobrante antes que el recubrimiento sea transferido desde el cilindro de anilox 12 al cilindro auxiliar 16. Es ventajoso que el cilindro 16 esté fabricado en un material elástico como el butilol, EPDM (etileno propileno dileno metileno), nitrilo o goma de silicona. Pero con preferencia se usa EPDM o una hoja fotopolimérica flexográfica de tipo Cyrel^{RTM}, que tiene una dureza aproximada de 50-80º shore.

Si hacemos referencia en concreto a las Figuras 2, 3 y 4, el raspador se ilustra con más detalle. En la Figura 2 puede verse que el raspador 14 comprende las hojas raspadoras superior e inferior 28 y 30 montadas en una porción 32 del depósito de recubrimiento. En esta incorporación, el montaje del raspador es ajustable en relación con el cilindro de anilox 12 mediante una pareja de agujeros de colocación 40a y 40b que encajan en las uñas correspondientes (no mostradas) montadas en un bastidor que soporta los cilindros. Hay previstos medios de ajuste que permiten ajustar la posición del raspador en relación con el cilindro 12. En esta incorporación se montan un par de tornillos de ajuste por presión 36a y 36b.

Al aumentar la presión entre las hojas raspadoras 28, 30 y el cilindro de anilox 12, se reduce el espesor aplicado al cilindro de anilox 12 y, por lo tanto, el peso del recubrimiento aplicado en último término al cartón 20. Los tornillos pueden utilizarse en combinación con galgas de presión que se calibran de manera que los tornillos puedan relacionarse directamente con el espesor de recubrimiento a aplicar. En una incorporación preferente en particular, el método de aplicación de presión está automatizado y forma parte de un sistema global de control del aparato (no mostrado).

En las Figuras 2 y 3 puede verse también que, en cada extremo del depósito 32, se equipan medios de sellado, por ejemplo los obturadores elásticos 34a y 34b, formados de goma o materiales similares, para impedir, o al menos disminuir sustancialmente, las fugas de recubrimiento.

En referencia ahora a la Figura 4, que representa una vista posterior del raspador 14, pueden verse las aberturas de entrada 38a y 38b y la abertura de salida 42 del recubrimiento líquido. En esta incorporación, unos tubos (no mostrados) transportan el recubrimiento líquido al depósito 32 en cada extremo del mismo, con preferencia desde una bomba peristáltica. Todo el recubrimiento sobrante sale entonces del depósito en el centro, por la abertura de salida 42, y es reciclado. Para el suministro de recubrimiento puede emplearse un sistema en bucle cerrado o abierto. Es preferible utilizar un sistema cerrado, dado que éste impide al máximo el contacto del recubrimiento con la atmósfera.

Si volvemos a la Figura 1, el cilindro de anilox 12 se dispone de manera que entre en contacto con el cilindro auxiliar 16, y la rotación de ambos transfiere el recubrimiento del cilindro de anilox 12 al cilindro auxiliar 16. El espesor del recubrimiento se ajusta al variar la velocidad de uno de los cilindros, el de anilox o el auxiliar, respecto del otro. Un controlador sirve para controlar las velocidades de giro de cada cilindro. La velocidad lineal del cilindro de anilox 12 es con preferencia de 1,05 a 1,10 veces mayor que la velocidad lineal del cilindro auxiliar 16. Esto hace posible aplicar de modo más uniforme una capa gruesa de recubrimiento al cartón 20. Al aparato se le suministra cartón, en forma de una lámina continua o en piezas discretas 20 como se muestra, mediante una primera cinta transportadora 22 que marcha a la misma velocidad lineal que el cilindro auxiliar 16. El aparato aplica una fuerza al cilindro de anilox 12, en una dirección X, y la carga se transfiere por el cilindro auxiliar 16 de manera que el cartón 20 es comprimido típicamente en alrededor de 0,05-0,1 milímetros a las velocidades de marcha normales y el recubrimiento se transfiere al cartón 20 y en cantidades mayores de las que serían posibles si se empleara un proceso de offset. La disposición antes descrita garantiza que al cartón 20 se le aplique una capa uniforme de la emulsión líquida. Un rodillo de impresión 18 se equipa debajo del cartón 20 para guiarlo después de pasar por el cilindro auxiliar. Cuando sea necesario dejar zonas del cartón en blanco sin impresión, pueden hundirse porciones del cilindro auxiliar 16 para no recoger el recubrimiento del cilindro de anilox 12.

El cartón recubierto es transportado después, preferentemente, por una segunda cinta 24 a un calefactor 26 en dirección Y. Así se garantiza que el recubrimiento esté seco antes que el cartón 20 se someta al procesamiento posterior o se almacene. Un sistema calefactor preferente en concreto comprendería un chorro de aire caliente a una temperatura aproximada de 180ºC, aplicado además de una radiación infrarroja durante dos segundos como mínimo. Es preferible que la temperatura alcance al menos 85ºC en la cinta transportadora de soporte 24. En una disposición preferente en especial, se emplearían cuatro lámparas de infrarrojos de 6 kW (no mostradas) que emitirían una radiación en el espectro de longitudes de onda de 500 nm a 2.000 nm, para conseguir una buena superficie en el recubrimiento y evitar al mismo tiempo efectos de "piel de naranja". Para evitar el offset puede utilizarse una estación de secado larga, pues entonces el recubrimiento tendrá tiempo suficiente para secarse antes que el cartón 20 se apile o se
enrolle.

El recubrimiento es absorbido en parte por el cartón, y el sobrante forma una capa en la superficie del mismo. El grado de absorción depende, entre otros factores, de las características del cartón y del tiempo transcurrido entre la aplicación del recubrimiento y la entrada del cartón en el calefactor 26.

En algunas clases de incorporación, para garantizar que se consiga una capa de recubrimiento de espesor y uniformidad suficientes sobre una superficie del cartón 20, es ventajoso aplicar un segundo recubrimiento al cartón con un aparato similar al antes descrito. Así puede obtenerse un recubrimiento más grueso, por ejemplo, de 9 g/m^{2}. En determinadas clases de incorporación, la segunda capa tiene propiedades distintas de la primera, y las dos capas poseen propiedades complementarias para alcanzar el resultado deseado. Por ejemplo, la primera capa puede incluir un pigmento.

Para que el cartón recubierto sea considerado material biodegradable "mono" según las normas alemanas (reglamento de alfarería y decreto de embalajes), el recubrimiento ha de representar menos del 5% del peso del cartón. Por lo tanto, para un cartón estándar de 300 g/m^{2}, el peso del recubrimiento tiene que ser inferior a 15 g/m^{2}. Además, para que el cartón terminado sea considerado reciclable, es necesario que el peso del recubrimiento sea inferior a 10 g/m^{2}. Pero el peso total del recubrimiento aplicado por el aparato anterior se situaría con preferencia alrededor de 6-7 g/m^{2} en seco.

En otras clases de incorporación, puede ser suficiente un sola pasada con un tiempo de secado más prolongado, en función del ajuste del aparato y de las propiedades del recubrimiento. Las probabilidades de conseguir un peso del recubrimiento de 6-7 g/m^{2} en una sola pasada se potencian si se usa el cilindro cerámico de anilox "en panal" 12.

Así se proporciona un substrato recubierto reciclable y reimpregnable. El recubrimiento se sitúa en el entorno de los 3 a 10 g/m^{2} y comprende uno o más recubrimientos, que en conjunto forman un recubrimiento continuo sin agujeros, resistente al agua.

El aparato antes descrito es capaz en general de recubrir unos 130-160 metros de cartón por minuto con el proceso de aplicación arriba mencionado. Una vez recubierto, el cartón se corta, se pliega y se engoma según sea preciso. Si se requiere un envasado aséptico, el cartón puede ser tratado después con una disolución de peróxido de hidrógeno u otro agente antimicrobiano conveniente.

Debe comprenderse que pueden efectuarse numerosas modificaciones dentro del ámbito de la invención que se define mediante las reivindicaciones que se acompañan. Por ejemplo, pueden utilizarse sustancias alternativas como forro de revestimiento o papel.

Claims (8)

1. Aparato (10) para aplicar un revestimiento sobre un sustrato conteniendo un primer rodillo (12) sobre el cual se introduce una emulsión líquida de revestimiento, un rascador para suprimir del rodillo (12) el exceso de revestimiento, y un segundo rodillo (16) en contacto con el primer rodillo (12) y adaptado para transferir el revestimiento del primer rodillo al substrato, el rascador (14) conteniendo dos láminas de rascador mutuamente opuestas (28, 30) y un depósito de revestimiento (32) en el cual una presión suficiente se aplica al substrato para comprimir el substrato con el fin de reducir el espesor del revestimiento y en consecuencia el peso del revestimiento finalmente aplicado al substrato.

2. Aparato (10) según la reivindicación 1 que es un aparato para impresión flexográfica.

3. Aparato (10) según la reivindicación 1 ó 2, en el cual el segundo rodillo (16) es resilente.

4. Aparato (10) según la reivindicación 3, en el cual el segundo rodillo (16) está fabricado a partir de EPDM o de una placa de fotopolímero flexográfica.

5. Aparato (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el primer rodillo (12) es un rodillo de cerámica en nido de abejas.

6. Procedimiento de aplicación de un revestimiento sobre un substrato utilizando el aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, conteniendo las etapas consistentes en:

i)

aplicar una emulsión líquida del revestimiento sobre un primer rodillo (12) de un aparato de revestimiento desde un depósito de revestimiento (32),

ii)

suprimir del primer rodillo (12) el revestimiento en exceso utilizando las láminas de rascador (28, 30) del rascador (14) asociado al depósito de revestimiento (32),

iii)

transferir el revestimiento sobre un segundo rodillo (16) en contacto con el primer rodillo (12), y

iv)

transferir el revestimiento sobre un substrato en contacto con el segundo rodillo (16).

7. Procedimiento según la reivindicación 6 en el cual se aplica una presión sobre el substrato con el fin de comprimir el substrato alrededor de 0,05 a 0,1 mm en las velocidades de trabajo.

8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó 7, conteniendo además la etapa consistente en secar el revestimiento utilizando un sistema de calentamiento (26).