ES2270599T3 - Metodo para producir laminado de envasado con barrera a los gases basada en almidon, y recipientes de envasado. - Google Patents
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Abstract
Un método para producir un laminado de envasado (10) que tiene propiedades de barrera a los gases, proceso que comprende aplicar (en 21) una solución o dispersión de almidón o un derivado de almidón en un vehículo líquido a una superficie (11a) de un sustrato (11, 18) que tiene una capa núcleo (18) de papel o cartón y extraer (en 22) dicho vehículo líquido para depositar dicho almidón o derivado de almidón sobre dicha superficie (11a) y, opcionalmente, aplicar (en 23) una capa de plástico a dicho almidón o derivado de almidón para modificar la propiedades de dicho almidón o derivado de almidón de forma que el almidón o derivado de almidón proporcione una propiedad de barrera a los gases, en el que la superficie (11a) del sustrato (11, 18) tiene una lisura de 200 Bendtsen (ml/min) o mejor y en el que el almidón o derivado de almidón proporciona al laminado de envasado una propiedad de barrera a los gases de 50 cm³/m² en 24 h, a 1 atm (23 ºC, 50% HR) o mejor.
Description
Método para producir laminado de envasado con
barrera a los gases basada en almidón, y recipientes de
envasado.
La presente invención se refiere a materiales de
envasado laminados que incluyen una capa barrera a los gases, la
cual comprende almidón o un derivado de almidón, y a métodos de
fabricar laminados de ese tipo.
La invención también se refiere a recipientes de
envasado y envases manufacturados a partir de los materiales de
envasado laminados de la invención.
En la industria del envasado, se hace a menudo
uso de envases del tipo de un solo uso para el envasado y transporte
de productos variados tales como, por ejemplo, productos
alimenticios líquidos. De cara a obtener beneficios de las
respectivas propiedades ventajosas de diferentes materiales, a
menudo, se laminan juntos esos materiales diferentes en un laminado
de envasado. Dependiendo de las circunstancias, el objetivo es a
menudo proporcionar la mejor protección posible al producto a ser
envasado, al mismo tiempo que el envase debe ser suficientemente
fuerte mecánicamente para permitir su manipulación cómoda.
Para el envasado de productos alimenticios
líquidos durante un transporte y almacenaje prolongados, puede ser
importante que el laminado de envasado proporcione propiedades de
barrera hacia gases, tales como el oxígeno, así como hacia líquidos
y humedad. Usualmente, también se requiere que el envase sea estable
dimensionalmente con el fin de proporcionar una manipulación fácil
en el transporte y la distribución así como en el uso.
Las propiedades de barrera de líquidos son
proporcionadas usualmente, en un material de envasado laminado, por
medio de capas exteriores de plástico. Tales capas exteriores de
plástico también usualmente se pueden sellar entre sí por medio de
mezclado por fusión, de cara a proporcionar cierres herméticos del
envase de una manera eficiente en costes y fiable. Normalmente, se
emplean para este propósito termoplásticos, tales como
poliolefinas, y los usados más a menudo son polietilenos, tales como
polietileno de baja densidad (PEBD) preferiblemente.
La resistencia mecánica y la estabilidad en la
configuración pueden obtenerse mediante la incorporación de una
capa núcleo más rígida en el laminado de envasado, usualmente un
papel o cartón estable dimensionalmente pero plegable. Esta es
usualmente una capa intermedia pero el término "capa núcleo"
usada aquí incluye tales capas incluso cuando éstas forman una cara
externa del laminado.
Las propiedades de barrera hacia el gas oxígeno
se obtienen mediante la incorporación de una capa de uno de los
varios materiales de barrera conocidos en la técnica. Ejemplos de
tales materiales barrera al oxígeno conocidos son metales y óxidos
metálicos tales como el foil de aluminio (Al foil), recubrimientos
de óxido de silicio y siloxano (SiOx) sobre una capa substrato de
polímero así como materiales polímeros que tienen propiedades de
barrera a los gases, tales como poliamidas (PA), polivinil alcohol
(PVOH), polímeros de
etilen-vinil-alcohol (EVOH) y
polietilentereftalato (PET). Además de tales materiales sintéticos,
se ha investigado la posibilidad de usar polímeros naturales y
biodegradables (biopolímeros) tales como el almidón y los derivados
del almidón como materiales barrera a los gases.
El uso de PVOH como un material barrera aplicado
sobre una capa de polímero o sobre una capa núcleo de cartón que
evita así la formación de grietas y alisa la superficie del cartón
fue descrita en el documento de patente PCT/
SE96/01237.
SE96/01237.
Es conocido previamente que el almidón posee
algunas propiedades de barrera a los gases cuando se emplea en
capas relativamente gruesas, tal como en películas que tienen un
espesor de alrededor de 20 a 30 \mum. Tales capas gruesas de
material de almidón, sin embargo, no son adecuadas para su uso en
laminados de envasado ya que se vuelven quebradizas y son propensas
a agrietarse y a romperse durante la manipulación, por ejemplo en
el proceso de laminación y cuando se conforman envases por plegado
del laminado. Además de no ser flexible en la manipulación y
fabricación y distribución, los laminados que incluyen tales capas
gruesas de almidón también serían capaces de absorber más humedad,
lo cual influiría negativamente en las propiedades de barrera a los
gases.
A partir del documento de patente WO97/16312 se
conoce que capas muy delgadas de almidón aplicadas sobre una capa
núcleo pueden proporcionar propiedades de barrera a los gases, al
menos, cuando se emplean junto a una capa adyacente plástica, la
cual ha sido unida con la capa barrera de almidón por recubrimiento
mediante extrusión del material plástico. Dos capas muy finas de
almidón, aplicadas en cantidades de 0,5 y 1 g/m^{2}
respectivamente, pesado en seco, sobre caras opuestas de una capa
núcleo de cartón y cada una revestida por extrusión con una capa de
plástico, proporcionaron una barrera al oxígeno de 289
cm^{3}/m^{2}, en 24 horas a 1 atm. De forma similar, dos capas
de almidón aplicadas en cantidades de 1 y 1,5 g/m^{2}
respectivamente, proporcionaron una barrera al oxígeno de 141
cm^{3}/m^{2}, en 24 horas a 1 atm. Los resultados obtenidos
fueron, así, comparables con las propiedades de barreara de gas de,
por ejemplo, una película de 12 \mum de espesor de PET orientado,
representando con ello un material de "barrera de prestaciones
medio".
El laminado de envasado WO97/16312 es, no
obstante, simplemente un material de barrera a los gases de
prestaciones medio. Esto significa que sólo puede ser usado para el
envasado de productos alimenticios líquidos durante períodos de
tiempo cortos de almacenamiento refrigerado. No se conoce hasta
ahora en la técnica anterior el producir laminados de envasado que
tengan propiedades de barrera a los gases de prestaciones alto a
partir de materiales barrera a los gases de almidón o derivados de
almidón. Sería mucho más deseable ser capaz de proporcionar un
material de envasado que tenga propiedades de barreara de gas
suficientes para un tiempo de almacenamiento largo de productos
alimenticios líquidos, es decir, para una vida útil de
almacenamiento prolongada (ESL) en almacenamiento refrigerado o
incluso para almacenamiento aséptico. Tales propiedades de barrera
al oxígeno de prestaciones alto están en el orden de unos 50
cm^{3}/m^{2}, en 24 horas a 1 atm (23ºC, 50% HR) o mejor, por
ejemplo, hasta 30 cm^{3}/m^{2}, en 24 horas a 1 atm, es decir,
propiedades de barrera al oxígeno comparables a las de, por
ejemplo, PVOH, EVOH (etilenvinilalcohol copolímero) o poliamidas
(PA) cuando se emplean en un espesor del orden de unos 5
\mum.
El documento de patente americana US 3661697
describe una estructura de varias capas resistente al oxígeno que
comprende capas continuas lisas de poliolefina y amilosa, y papel
pegado tanto a la capa de poliolefina como a la de amilosa. No se
hace referencia alguna a la lisura de la capa de papel.
El documento de patente alemana DE 4109983
describe un recipiente de envasado flexible que comprende papel y
una capa de termoplástico o lámina que consiste en almidón
termoplástico. No se hace referencia alguna a la lisura de la capa
de papel.
El documento de patente WO 96/36653 describe una
barrera impermeable al agua que comprende hidrocoloides sustituidos
endurecidos.
Nosotros hemos establecido ahora que es posible
en un laminado de envasado obtener propiedades de barreara de gas
oxígeno de prestaciones alto a partir del uso de almidón y
materiales similares.
De acuerdo con esto, la presente invención
proporciona ahora un método para producir un laminado de envasado
que tiene propiedades de barrera al oxígeno, proceso que comprende
el aplicar una solución o dispersión de almidón o derivados de
almidón en un vehículo líquido a una superficie de un sustrato que
tiene una capa núcleo de papel o cartón y el extraer dicho vehículo
líquido para depositar dicho almidón o derivado de almidón sobre
dicha superficie y, opcionalmente, aplicar una capa de plástico a
dicho almidón o derivado de almidón para modificar las propiedades
de dicho almidón o derivado de almidón de tal forma que el almidón o
derivado de almidón proporcione una propiedad de barrera a los
gases, en el que la superficie del sustrato tiene una lisura de 200
Bendtsen (ml/min) o mejor y en el que el almidón o derivado de
almidón proporciona al laminado de envasado una propiedad de
barrera a los gases de 50 cm^{3}/m^{2}, en 24 horas a 1 atm
(23ºC, 50% HR) o mejor. Preferiblemente, la propiedad de barrera al
oxígeno del laminado de envasado es de 40 cm^{3}/m^{2}, en 24
horas a 1 atm (23ºC, 50% HR) o mejor. Más preferiblemente, la
propiedad de barrera al oxígeno del laminado de envasado es hasta
30 cm^{3}/m^{2}, en 24 horas a 1 atm (23ºC, 50% HR), por ejemplo
10 cm^{3}/m^{2}, en 24 horas a 1 atm (23ºC, 50% HR) o
inferior.
Preferiblemente, el laminado de envasado
comprende una capa de polímero plástico, preferiblemente un
termoplástico, por ejemplo polietileno, laminado directamente sobre
dicha capa de barrera a los gases. Lo más preferible es que dicho
polímero sea PEBD. Otros termoplásticos que pueden emplearse
incluyen todos los demás tipos de polietileno (incluyendo
polietileno lineal de baja densidad, polietileno de densidad
ultrabaja, polietileno de muy baja densidad, polietileno
metalocénico y polietileno de alta densidad), polipropileno y
polietilentereftalato.
La capa de barrera a los gases es aplicada a un
revestimiento de hasta 7 g/m^{2} pesado en seco, por ejemplo,
desde 0,5 hasta 5 g/m^{2}, más preferiblemente de 0,5 a 3
g/m^{2}, por ejemplo, de 1,5 a 2 g/m^{2}.
Preferimos que la capa barrera a los gases esté
hecha por completo a partir de materiales naturales pero es
aceptable incluir cantidades pequeñas de otros materiales
poliméricos que no interfieran con las propiedades deseadas. Por
ejemplo, la capa de barrera a los gases puede comprender, además,
una cantidad pequeña de polímeros solubles en agua o dispersables
en agua que tengan grupos funcionales hidroxilos, por ejemplo
polivinil alcohol, y grupo carboxilo que contiene poliolefinas tal
como el ácido etilen-acrílico o una mezcla de ellos.
La cantidad de tales materiales puede ser desde 0 hasta el 30%, por
ejemplo hasta el 20% o hasta el 10% en peso.
Hemos observado que cuando se aplica polietileno
a una capa de almidón a alta temperatura, por ejemplo por encima de
200ºC, las propiedades de barrera a los gases del almidón son
mejoradas y que bajo condiciones apropiadas puede hacerse que
alcance o supere un nivel de prestaciones alto.
Preferiblemente, la superficie del sustrato es
sustancialmente impermeable a dicho vehículo líquido.
El grado hasta el cual la superficie es
impermeable al líquido puede ser medida midiendo la adsorción
superficial, por ejemplo en unidades Cobb ("Cobb" = g
(agua)/m^{2} adsorbido sobre la superficie en 60 segundos de
exposición al líquido agua). La adsorción de otros líquidos podría
medirse con un método análogo. El método de medir la adsorción Cobb
está definido en SCAN P12-64 y en TAPPI T441. La
adsorción superficial del plástico es generalmente alrededor de 1
Cobb, mientras que una superficie de papel lisa tendrá generalmente
una adsorción de alrededor de 20 a 30 Cobb. Convenientemente para
su uso en la invención, la superficie sustrato tendría una adsorción
de 50 Cobb o menor, preferiblemente una adsorción de 30 Cobb o
menor, más preferiblemente una adsorción de menos de 20 Cobb o lo
más preferiblemente una adsorción de 10 Cobb o menor, por ejemplo,
menos de 5 Cobb.
El método de medición de la lisura Bendtsen está
definido en la SCAN (Normas Escandinavas de Pulpa y Papel)
P21-67 y en TAPPI UM535.
Cuando el sustrato tiene una superficie
plástica, se obtiene usualmente la lisura deseada, tal como en, por
ejemplo, un sustrato laminado de cartón revestido de plástico.
Una razón de por qué no se alcanzó una propiedad
de barrera alta en WO97/16312 puede ser que el núcleo de cartón
careciera del grado de impermeabilidad requerido de forma que la
solución acuosa de almidón que fue empleada puede haber penetrado
en la superficie. Esto podría tener una acción adversa de varias
maneras. Puede no haber habido entonces una superficie lisa y sin
roturas de la capa de almidón debido a la penetración como tal en
el cartón. Alternativamente, o adicionalmente, el secado del cartón
para secar la capa de almidón puede causar la deformación de la
superficie del cartón y con ello el agrietamiento de la capa de
almidón.
Por esto es deseable que la capa de plástico
sobre el núcleo sea suficientemente impermeable al vehículo líquido
o suficientemente repelente al líquido para que haya una capa
homogénea de almidón de espesor uniforme formada al secar la capa
de almidón.
Se habría esperado que el cartón usado en
WO97/16312 típicamente hubiera tenido una lisura superficial de
500-600 Bendtsen. Esto puede en sí mismo haber sido
suficiente para evitar que la capa de almidón que es lisa y sin
roturas tuviera zonas delgadas que proporcionan un paso para la
transmisión del oxígeno.
De cara a evitar grietas, perforaciones o
deformaciones en la capa de almidón o derivado de almidón, se
prefiere que la superficie sobre la cual se aplica sea lisa, por
ejemplo, que la superficie de sustrato tenga una lisura de 200
Bendtsen o mejor (es decir, menor), por ejemplo de hasta 150
Bendtsen, y lo más preferible alrededor de 100 Bendtsen.
El almidón para su uso en la invención puede ser
de cualquier tipo convencional aunque ciertos almidones proporcionan
mejores resultados que otros en las condiciones que hemos usado. Se
prefiere el almidón de patata modificado, tal como el Raisamyl 306
(Raisio) que está oxidado con hipoclorito. Otras almidones
aceptables incluyen el almidón de maíz y sus derivados, tales como
el Cerestar 05773, un almidón de maíz hidroxipropilado.
Los derivados de almidón que son adecuados para
su uso en la invención incluyen almidón oxidado, almidón catiónico
y almidón hidroxipropilado.
Se entenderá que cuando se hace referencia a que
la propiedad de barreara de gas de los laminados de envasado de la
invención es proporcionada por un material en particular, por
ejemplo almidón o un derivado de almidón, esto no excluye el caso
en el que la propiedad de barrera a los gases es el resultado de una
interacción entre el material citado y una capa adyacente en el
laminado, más bien que una propiedad peculiar del material citado
visto aislado.
Puede ser que un mecanismo que contribuye a la
mejora señalada de la propiedad de barrera cuando el polietileno es
aplicado a una temperatura alta a una capa de almidón venga de la
penetración de moléculas de polietileno en el almidón, reemplazando
el agua en los cristales de almidón. Pueden usarse otros polímeros
que produzcan un efecto similar.
Dichas capas plásticas pueden ser aplicadas a
dicho almidón o derivado de almidón mediante extrusión de material
fundido o pueden ser aplicadas como una película preformada por
laminación en caliente a presión por ejemplo con un rodillo
caliente. Generalmente, puede emplearse cualquier técnica de acuerdo
con esta realización preferida que proporcione la modificación
requerida de la propiedad de barrera del almidón.
Preferiblemente, dicha capa plástica es pegada
al almidón o al derivado del almidón a una temperatura de al menos
200ºC, preferiblemente entre 250 y 350ºC, y lo más preferiblemente
entre 250 y 330ºC.
La invención incluye un recipiente de envasado o
envase conformado por un método como el descrito de acuerdo con la
invención.
La presente invención será descrita ahora e
ilustrada con mayor detalle de aquí en adelante con la ayuda de
ejemplos no restrictivos de métodos, así como de laminados de
envasado obtenibles por el método, de acuerdo con realizaciones
preferidas de la presente invención y con referencia a los dibujos
que acompañan, en los cuales:
la Figura 1 ilustra esquemáticamente en sección
transversal un laminado de envasado de acuerdo con una realización
específica de la invención; y
la Figura 2 ilustra esquemáticamente el método
de fabricación del laminado de envasado como el mostrado en la
Figura 1.
Debe ser resaltado que los diferentes laminados
de envasado de acuerdo con la invención pueden comprender un
múltiple número de capas además de las mostradas en los dibujos.
Será así obvio para una persona experta en la técnica que el número
de capas puede variar y que la descripción siguiente no debería ser,
por ello, considerada como restrictiva de la presente
invención.
La Figura 1, así, ilustra esquemáticamente una
sección transversal de un laminado de envasado, de acuerdo a una
realización simple de la invención, que lleva el número de
referencia general 10, mientras que la Figura 2 ilustra
esquemáticamente el método (denotado con 20) de fabricación del
laminado 10. El laminado de envasado 10 comprende una capa núcleo
18 de sustrato de cartón recubierto con plástico 11 PEBD, cuya
superficie 11a de PEBD tiene una textura lisa y es esencialmente no
absorbente.
El sustrato comprende por ello una capa núcleo
18 (línea de puntos) que está revestida con una capa superficial de
plástico 11 que tiene las cualidades superficiales deseadas.
Se aplica una capa delgada de una solución
acuosa o una dispersión de almidón sobre la cara superior de una
banda continua de capa 11 superficial de sustrato, la cual es
conducida en la dirección de la flecha desde una bobina de
almacenamiento (no mostrada) hasta una estación de recubrimiento 21.
La solución de almidón es aplicada preferiblemente por medio de
tecnología de recubrimiento por película líquida, también llamada
"recubrimiento por dispersión" o "recubrimiento húmedo",
la cual es bien conocida en la técnica de recubrimiento de
soluciones acuosas y dispersiones, pero también son factibles de
acuerdo con la invención otros métodos de recubrimiento, por
ejemplo recubrimiento por pulverización. La solución acuosa de
almidón es aplicada en una cantidad tal que la capa 12 de almidón
aplicada y seca tiene un espesor/peso superficial de entre unos 0,5
y unos 3 g/m^{2}.
La banda continua recubierta con la solución
acuosa 12’ es conducida más adelante hasta una estación de secado
22 en la cual la banda continua es secada con ayuda de un aparato
secador para extraer el agua de la solución acuosa de almidón
aplicada. El sacado puede ser llevado a cabo por cualquier aparato
secador convencional tal como un secador de infrarrojos (IR) o un
secador de aire. Preferiblemente, el sacado tiene lugar a una
temperatura de alrededor de 80-100ºC.
Desde la estación de secado, la banda continua
seca, que tiene una capa 12 superior de almidón, es conducida hacia
delante hasta una estación extrusora en 23 en la cual la banda
continua con la capa de almidón se lamina, además, a una capa de
plástico 14. La laminación de la superficie de almidón a la capa de
plástico es llevada a cabo por medio de fusión superficial entre la
capa de plástico y la capa de almidón 12, lo cual se obtiene
mediante la aplicación simultánea de calor y del plástico.
Preferiblemente, se extrude polímero fundido sobre la capa de
almidón seca al mismo tiempo que la banda continua es conducida a
través del estrechamiento entre dos rodillos 24 de enfriamiento
rotativos, formando así un laminado de envasado 10a terminado, como
el que se muestra en la vista en sección transversal de la Figura
1, que tiene una capa externa de plástico 14 laminada a la capa de
almidón. El material plástico de la extrusora es (preferiblemente)
un polímero termoplástico, preferiblemente un polietileno y lo más
preferiblemente PEBD, el cual posibilita la conversión eficiente del
laminado de envasado 10 en envases de dimensiones estables,
estancos, mediante el denominado cerrado por calor. La temperatura
de extrusión debería ser al menos 200ºC, preferiblemente entre 250ºC
y 330ºC.
Alternativamente, dicha fusión superficial entre
la capa 12 de almidón y la capa 14 de plástico puede obtenerse
laminando una película prefabricada de termoplástico a la capa 12 de
almidón seca por medio de la aplicación simultánea de calor y
presión, preferiblemente por medio de conducir el sustrato
recubierto de almidón y la película plástica juntos a través de un
estrechamiento entre rodillos calientes, en el que la temperatura
suministrada por los rodillos calientes es al menos de 200ºC y hasta
unos 350ºC, preferiblemente entre unos 250ºC y unos 330ºC.
Pueden emplearse múltiples capas de almidón o
derivado de almidón sobre una o ambas caras del núcleo 18. La capa
de PEBD 11 puede ser omitida pero la superficie del cartón es
entonces preferiblemente lisa e impermeable al agua como se
describió más arriba.
A partir de piezas en forma de hojas o de banda
continua del laminado de envasado 10, preferiblemente preplegadas y
decoradas en color, se producen envases estancos de dimensiones
estables del tipo desechable de un sólo uso de acuerdo con la
tecnología
"formar-llenar-cerrar"
convencional, de acuerdo a la cual los envases son formados,
llenados y sellados por medio de máquinas modernas de envasado y
llenado racional. A partir de, por ejemplo, una banda continua del
laminado de envasado, se producen envases del tipo en el que la
banda continua primero es reconformada en un tubo mediante la unión
de ambos bordes longitudinales del tubo entre sí por sellado por
calor en un sello de junta longitudinal solapado. El tubo es llenado
con el contenido pertinente, por ejemplo líquido alimenticio, y es
dividido en envases individuales mediante repetidos sellados
transversales del tubo, por debajo del nivel del contenido en el
tubo. Los envases son separados finalmente uno de otro por
incisiones transversales a lo largo de los sellos transversales y se
les da la geometría deseada, normalmente forma paralelepipédica
mediante una operación adicional de conformado y sellado por calor
de una manera conocida per se.
Usando los medios y materiales descritos arriba
por aplicación de la solución acuosa de almidón o un derivado sobre
una capa sustrato de soporte de la capa de almidón, la cual consiste
en un material escogido específicamente, en combinación con las
subsiguientes operaciones de secado y laminación a una capa de
plástico por fusión en caliente de la superficie del plástico, se
obtienen propiedades de barreara de gas oxígeno altamente mejoradas
en los laminados de envasado comparadas con las de WO97/16312. La
mejora de la propiedad de barreara de gas de la capa de almidón
laminada han sido mejorado radicalmente, multiplicándola por un
factor de alrededor de 10, hasta el nivel de la denominada capa de
barrera de alto prestaciones.
Las propiedades óptimas de barrera a los gases
obtenidas en estos ejemplos cuando se usa una capa sustrato que
tiene una superficie de plástico se cree por esto que son, al menos
parcialmente, el resultado de la calidad de la superficie, es
decir, lisura y repelencia al líquido. Aunque el mecanismo del
efecto obtenido usando una superficie de contacto unida por fusión
entre las capas de almidón y de plástico no se comprende
completamente, las propiedades óptimas de barrera pueden también
ser, parcialmente, el resultado de haber habido tal superficie de
contacto formada sobre ambas caras de la capa de almidón, ya que la
capa sustrato a la cual la capa de almidón es aplicada es una capa
de plástico y la misma clase de fenómeno puede ocurrir en esta
superficie de contacto en la aplicación de calor a las capas de
almidón y de plástico.
La capa barrera a los gases de almidón de
acuerdo con la invención se aplica ventajosamente en una cantidad a
partir de unos 0,5 a 3 g/m^{2}, pesado en seco. En cantidades
inferiores a 0,5 g/m^{2}, las tolerancias del espesor de la capa
así como las propiedades de barrera a los gases se harán menos
fiable. Por otro lado, en cantidades superiores a unos 3 g/m^{2},
los riesgos de que la capa barrera a los gases se pueda volver
quebradiza e inflexible se incrementarán. Sin embargo, cantidades
aplicadas hasta unos 5 g/m^{2}, pesado en seco, son posibles y
para algún tipo de envases y usos pueden ser aceptables cantidades
incluso más altas. La propiedad de barrera a los gases de la capa
de almidón generalmente mejora con el incremento del espesor. La
cantidad aplicada de almidón óptima y preferida está en el rango
entre unos 1,5 a unos 2 g/m^{2}.
Se prepararon laminados de envasado usando
diferentes sustratos descritos más abajo y diferentes almidones con
o sin aditivos como también se describe más abajo.
Se prepararon sustratos de cartón recubierto de
PEBD mediante revestimiento por extrusión de 15 g/m^{2} de PEBD a
325ºC sobre cartón "Duplex" (Billerud) que tiene un peso
superficial de 280 g/m^{2} y una rigidez a la flexión de 320 mN.
El PEBD era LD273 (Dow), que tiene un índice de fusión de 6,5 a
7,5.
La extrusión del PEBD fue llevada a cabo por
medio de una extrusora de simple husillo sobre el cartón justo
antes de pasar entre un rodillo de enfriamiento y un rodillo de
contrapresión. El rodillo de enfriamiento tenía una temperatura
superficial de unos 10-15ºC.
Se preparó almidón para su uso en el
revestimiento a partir de un estado de polvo seco mezclando 10% en
peso de almidón con agua a temperatura ambiente para formar una
pasta. La pasta fue calentada con mezclado hasta unos 90 a 95ºC y
mantenida a esa temperatura durante 30 minutos. Durante el
calentamiento el almidón se hinchó.
Cuando fue posible, por ejemplo con Raisamyl 306
(Raisio), el almidón se enfrió hasta temperatura ambiente antes de
su uso en el recubrimiento. Sin embargo, cuando esto habría causado
que el almidón gelificase, por ejemplo con CERESTAR, el almidón se
recubrió caliente (60ºC).
Un peso en húmedo de aproximadamente diez veces
el peso en seco deseado para recubrimiento se aplicó al sustrato en
forma de banda continua usando una máquina de recubrimiento por
película líquida/dispersión de Hirano del tipo
cuchilla-sobre-rodillo, también
conocida como una "recubridora tipo
comma-direct" o "recubridora de hocico de
toro".
Se usó una primera etapa de secado usando
calentamiento por infrarrojos hasta 80 a 100ºC para acelerar el
proceso de secado seguido por un paso de secado por aire caliente en
el cual el revestimiento de almidón fue secado por aire caliente a
una velocidad de la banda continua de 1 m/min a una temperatura de
110ºC. En general, una temperatura de 100 a 130ºC es adecuada
dependiendo de la velocidad de la línea.
En algunos casos, la capa de almidón seca fue
recubierta por extrusión con PEBD. Alrededor de 25 g/m^{2} de
PEBD fueron extruídos sobre la capa de almidón seca a unos 200
m/min, a 325ºC y rodillo de refrigeración a 10-15ºC
como anteriormente. La distancia entre la boquilla de extrusión y la
banda continua fue normalmente 10-30 cm. El PEBD
extruído choca con la banda continua justo antes de entrar entre el
rodillo de enfriamiento y el rodillo de contrapresión.
Los resultados obtenidos en términos de barrera
al oxígeno del almidón se muestran en la Tabla 1.
Sustrato | Almidón | Recubrimiento de almidón | PE recubierto sobre | Barrera de O_{2}* |
peso/espesor | el almidón | |||
Cartón recubierto de PE | Raisamyl (1) | 5 g/m^{2}. | No | 32 |
Cartón recubierto de PE | Raisamyl (1) | 5 g/m^{2}. | Sí | 8 |
Cartón recubierto de PE | Cerestar (2) | 5 g/m^{2}. | Sí | 37 |
Cartón recubierto de PE | Cerestar (2) | 2 g/m^{2}. | Sí | 30 |
Bill Duplex (6) | Raisamyl (7) | 2+2 (4) | Sí | 9 |
* Barrera de O_{2} cm^{3}/m^{2}24 h, 1 atm, 23ºC, 50% HR | |
(1) | Almidón oxidado Raisamyl 306 - Raisio. |
(2) | Almidón hidroxipropilado Cerestar. |
(3) | Recubierto por ambas caras con almidón. |
(4) | Billerud Duplex - sin recubrimiento de PE. |
(5) | Almidón oxidado Raisamyl 306 + 20% mowiol 20-98. |
Claims (16)
1. Un método para producir
un laminado de envasado (10) que tiene propiedades de barrera a los
gases, proceso que comprende aplicar (en 21) una solución o
dispersión de almidón o un derivado de almidón en un vehículo
líquido a una superficie (11a) de un sustrato (11, 18) que tiene una
capa núcleo (18) de papel o cartón y extraer (en 22) dicho vehículo
líquido para depositar dicho almidón o derivado de almidón sobre
dicha superficie (11a) y, opcionalmente, aplicar (en 23) una capa de
plástico a dicho almidón o derivado de almidón para modificar la
propiedades de dicho almidón o derivado de almidón de forma que el
almidón o derivado de almidón proporcione una propiedad de barrera
a los gases, en el que la superficie (11a) del sustrato (11, 18)
tiene una lisura de 200 Bendtsen (ml/min) o mejor y en el que el
almidón o derivado de almidón proporciona al laminado de envasado
una propiedad de barrera a los gases de 50 cm^{3}/m^{2} en 24 h,
a 1 atm (23ºC, 50% HR) o mejor.
2. Un método como el
reivindicado en la reivindicación 1, en el que la superficie del
sustrato (11, 18) es sustancialmente impermeable a dicho vehículo
líquido.
3. Un método (20) como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que
dicha capa de plástico (14) es aplicada a dicho almidón o derivado
de almidón (12) por extrusión de material fundido.
4. Un método (20) como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que
dicha capa de plástico (14) es aplicada a dicho almidón o derivado
de almidón (12) como una película preformada por laminación en
caliente a presión.
5. Un método (20) como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, en el que
dicha capa de plástico (14) es pegada al almidón o derivado de
almidón (12) a una temperatura de al menos 200ºC.
6. Un método (20) como el
reivindicado en la reivindicación 5, en el que dicha temperatura es
de 250 a 350ºC.
7. Un método (20) como el
reivindicado en la reivindicación 5, en el que dicha temperatura es
de 250 a 330ºC.
8. Un método de producción
de un laminado de envasado (10) como el reivindicado en cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la capa de almidón o
derivado de almidón (12) proporciona al laminado de envasado una
propiedad de barreara de gas oxígeno de 30 cm^{3}/m^{2} en 24 h,
a 1 atm (23ºC, 50% HR) o mejor.
9. Un método de producción
de un laminado de envasado (10) como el reivindicado en cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho plástico es
polietileno, polipropileno o polietilentereftalato.
10. Un método de producción de
laminado de envasado (10) como el reivindicado en cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la capa (12) barrera a los
gases es aplicada en un recubrimiento de hasta 5 g/m^{2} pesado
en seco.
11. Un método de producción de
laminado de envasado (10) como el reivindicado en la reivindicación
10, en el que la capa (12) barrera a los gases es aplicada en un
recubrimiento de 0,5 a 4 g/m^{2} pesado en seco.
12. Un método de producción de
laminado de envasado (10) como el reivindicado en la reivindicación
10, en el que la capa (12) barrera a los gases es aplicada en un
recubrimiento de 0,5 a 3 g/m^{2} pesado en seco.
13. Un método de producción de
laminado de envasado (10) como el reivindicado en la reivindicación
10, en el que la capa (12) barrera a los gases es aplicada en un
recubrimiento de 1,5 a 2 g/m^{2} pesado en seco.
14. Un método de producción de
un laminado de envasado (10) como el reivindicado en cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la capa (12) barrera a
los gases comprende una cantidad pequeña de polivinil alcohol,
ácido etilen-acrílico o una mezcla de ellos.
15. Un método de producción de
un laminado de envasado (10) como el reivindicado en la
reivindicación 14, teniendo el laminado de envasado una o más capas
que incluyen una capa para sellado por calor en la superficie de la
otra cara de dicha capa núcleo.
16. Un recipiente de envasado
o envase conformado por un método (20) como el reivindicado en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.
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