ES2329236T3

ES2329236T3 - Laminado con efecto barrera para el envasado de bebidas.

Info

Publication number: ES2329236T3
Application number: ES03727745T
Authority: ES
Inventors: Christopher S. Cleveland; Richard A. Tedford; Tricia S. Reighard
Original assignee: Evergreen Packaging International BV
Current assignee: Evergreen Packaging International BV
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2009-11-24
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: AU2003232946A8; CA2484364A1; CN100410071C; BR0309866A; KR20040111561A; ATE439979T1; PL210444B1; BR0309866B1; JP4538313B2; PL372568A1; EP1499498A2; US7229678B2; AU2003232946A1; WO2003093009A2; TW200306253A; US20040005389A1; RU2004135108A; WO2003093009A3; JP2005524549A; MXPA04010715A

Abstract

Un material laminado para confección de envases compuesto por a) un substrato de cartón, presentando una superficie interior y una superficie exterior; b) una capa exterior de polímero de poliolefina térmicamente sellable aplicada sobre la mencionada superficie exterior y el mencionado substrato de cartón; c) una capa de poliamida aplicada sobre la mencionada superficie exterior del mencionado substrato de cartón; d) una capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida; e) una capa pelicular soplada, comprendiendo una primera capa exterior de un polímero poliolefínico, una primera capa de unión, una primera capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una segunda capa de unión, una segunda capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una tercera capa de unión y una segunda capa final de poliolefina, aplicando la mencionada capa pelicular soplada sobre la superficie interior de la mencionada capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida; f) y una capa en la parte mas interior de poliolefina aplicada sobre la mencionada capa final de poliolefina de la mencionada capa pelicular.

Description

Laminado con efecto barrera para el envasado de bebidas.

Referencia respecto a la presente solicitud

Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente nº de serie 60/376875 registrada el 2 de mayo de 2002.

Fundamento de la presente invención

La presente invención hace referencia a los laminados de cartón, y mas concretamente a los laminados de cartón sin hoja de aluminio empleados en la confección de recipientes para productos tales como las bebidas alcohólicas, entre las que se incluyen los vinos, el sake y similares, así como otras bebidas en donde el laminado presenta unas buenas carac-
terísticas de barrera frente al oxígeno así como la capacidad de proteger los productos contra los efectos de la humedad.

En Asia las bebidas alcohólicas tales como el vino, el sake y similares, se envasan empleando una amplia variedad de materiales, incluyendo los recipientes a base de cartón. Para proteger el producto del oxigeno y del eventual deterioro, la configuración del recipiente consiste generalmente en una estructura multicapa, que comprende: hoja de aluminio, tereftalato de polietileno, tereftalato de polietileno metalizado, o bien una combinación como mínimo de dos de estas en una estructura multicapa. La hoja de aluminio ha demostrado ser la mejor barrera contra el oxígeno, si bien resul-
ta relativamente cara y difícil de transformar en una estructura como el cartón sin resquebrajarse ni dar lugar a punturas.

Un material laminado para envasado se ha dado a conocer por los documentos WO 00/76862, WO 97/15436, WO 97/11838, US-A-6 149 993, US -81-6 346 332 y US-A-4983 431.

El objeto de la presente invención consiste en producir y perfeccionar un material térmicamente sellable para el envasado de bebidas alcohólicas como vino o sake, o bien otros envases de cartón para bebidas alcohólicas, que no permitan la transmisión de oxígeno y humedades ni si quiera la humedad atmosférica, ofreciendo una estructura con un buen sellado térmico, para una duración de producto envasado de seis meses o superior.

Resumen de la invención

los objetivos arriba indicado se consiguen mediante la presente invención que se concentra en una estructura compuesta, exenta de hoja de aluminio (foil) que proporciona una considerable barrera al oxígeno, humedades y humedad atmosférica y que puede sellarse muy fácilmente. La forma de realización preferente se compone, desde la superficie exterior a la superficie interior, en contacto con el contenido del recipiente, de: una primera capa de poliolefina aplicada sobre la superficie exterior y el substrato de cartón, una capa de poliamida aplicada sobre la cara interior del substrato de cartón, una película laminada sobre la capa de poliamida, mediante una resina apropiada, y una segunda capa de poliolefina mas hacia el interior aplicada a la película que estará en contacto con el contenido del recipiente. La película preferente consiste en una primera capa de poliolefina, una capa de unión, una primera capa interior de copolímero alcohol vinílico etileno, una segunda capa de unión, una segunda capa interior de copolímero de alcohol vinílico etileno, una tercera capa de unión y una segunda capa de poliolefina.

Descripción detallada de la presente invención

Las cantidades relativas de cada material y sus respectivas estructuras se relacionan a modo de gamas de pesos de revestimiento por unidad de superficie en g/m^{2} - libras por 3000 pies cuadrados (lb/3msf). La materia base consiste en cartón blanqueado con un peso base de 163-489 g/m^{2} (100-300 lb/3msf).

Estructura A: Estructura de la película laminada

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La estructura A contiene un substratote cartón (2) 81.53-136.2 kg (100-300 lbs.)sobre el que se aplica por un lado un recubrimiento por extrusión del polímero poliolefínico 1, tal como un polietileno de baja densidad con una dosis de aplicación de 3,63-9,08 kg (8-20 lbs)y preferentemente unos 5,45 kg (12 lbs) para proporcionar la superficie exterior del laminado. La capa 1 es la capa exterior "brillante". Se prefiere que el polímero poliolefínico sea polietileno, y aún todavía dando preferencia al polietileno de baja densidad. Uno de los polietilenos de baja densidad preferidos que puede emplearse en la capa 1 es Tenite 1924P distribuido por Voridian, Kingsport, TN y Chevron 4517 distribuido por Chevron Phillips Chemical Co., Houston, TX.

En el interior del substrato (2), se aplica una capa de poliamida (3) de 0.91-4,54 kg (2-10 lbs). La capa de polímero de poliamida puede ser, aunque sin que ello suponga una limitación, nylon 6, nylon 66, nylon 10, nylon 12, nylons amorfos, MXD.6, nanocompuestos de nylon y otras poliamidas idóneas. Un material de nylon 6 apropiado es el Honeywell B73QP (Morristown,NJ). Sobre la cara interior de la capa (3) se aplica una capa de unión (4) con 2,27.9,08 kg (5-20 lbs)preferentemente basada, aunque sin carácter restrictivo, en copolímeros modificados de etileno con grupos funcionales de anhídrido maléico, tales como PLexar 5125, marca registrada producida por MSI Technologies. La capa de poliamida (3) y la capa de unión (4) se emplean para laminar la película (5) con el material base (2). El peso del revestimiento de la película (5) es aproximadamente de 22,7-31,78 kg (50-70 lbs). Aquí se aplica en el lado inferior de la capa pelicular (5), una capa de poliolefina (6) siendo preferentemente un polietileno ya sea de baja densidad o bien metaloceno.

La estructura B es preferentemente una película soplada formada por múltiples capas de copolímero de alcohol vinílico etileno como barrera contra el paso del oxígeno. El laminado pelicular es preferible que se aplique por coextrusión para permitir que la producción de toda la estructura se realice en un único paso operativo y para proporcionar propiedades físicas perfeccionadas en la película, tales como mejor resistencia al rasgado, superior rigidez y resistencia al reventado. Un proveedor preferido de este tipo de películas es Flex Tach (Cincinnati,OH).

Estructura B: Estructura laminar

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El copolímero de alcohol vinílico etileno (EVOH) de las capas (30) y (50) se utiliza como material para la primera barrera contra el oxígeno en la estructura laminar. Para ello pueden emplearse materiales EVOH desde 25 a 48 mol % de etileno. Tratándose de un peso de revestimiento comparable, EVOH proporciona una barrera superior contra el oxígeno que el tereftalato de polietileno (PET). Un proveedor preferente de EVOH es Soarus LLP (Arlington Heights, lL).

Las capas de poliolefina (10) y (70) proporcionan la resistencia a la humedad para las capas EVOH (30) y (50) y la resistencia mecánica a la película. Las capas (20), (40) y (60) se basan preferentemente, si bien no exclusivamente, en copolímeros a base de etileno modificados con grupos funcionales de ácido maléico. Una forma de realización preferida de la presente invención incluye el empleo de una resina de unión a base de polietileno de alta densidad, en la capa (40) para aumentar la resistencia a la humedad.

En la estructura A del laminado en general, las capas poliolefínicas inicial y final se emplean como capas impermeables para retener el producto líquido y proteger a los polímeros interiores y al material base de cartón de la humedad. Estas capas poliolefínicas también aportan la estanqueidad térmica al laminado y al cartón y calafatean cualquier agujero o canal que pudiera existir en los múltiples pliegues. Las capas adicionales poliolefínicas proporcionan resistencia añadida a la humedad y resistencia mecánica en el interior de la estructura multicapa. La capa de poliamida se extrusiona sobre el cartón blanqueado, básicamente para mejorar la resistencia térmica, la resistencia mecánica y la duración. Las resinas de unión se emplean para promocionar la adhesión entre dos polímeros que normalmente no podrían pegar entre sí. La frescura del producto puede prolongarse disminuyendo la velocidad de penetración dentro del envase. El copolímero de alcohol vinílico etileno se emplea como material barrera contra el paso del oxigeno. La presente invención utiliza un material copolimérico de alcohol vinílico etileno (EVOH) que contiene 29 moles% de etileno. Aplicando un peso de revestimiento comparable, EVOH ofrece un efecto barrera superior frente al oxigeno que el PET (tereftalato de polietileno).

En otra forma de realización de la presente invención, la capa o capas de EVOH pueden contener materiales EVOH secuestradores de oxigeno, nanocompuestos EVOH, o mezclas de EVOH con poliolefinas, tales como el polietileno de baja densidad, las poliamidas o el tereftalato de polietileno. Las resinas base EVOH que contienen del 25 al 48 moles% pueden emplearse en cualquiera de estas formas de realización.

Las capas inicial y final de poliolefina son preferentemente de polietileno de baja densidad, si bien puede reemplazarse por polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), polietileno metaloceno de baja densidad, o mezclas de estos con otros materiales para mejorar las características de sellado.

La presente invención proporciona un envase apropiado que ofrece excelentes propiedades barrera utilizando un laminado que puede ser térmicamente sellado de forma fiable. Los laminados no solo exhiben destacables propiedades barrera durante todo el tiempo de envasado de una bebida (vino, sake o similar) sino que se pueden confeccionar empleando los equipos de producción convencionales.

Las formas de realización de la presente invención se han estructurado del siguiente modo:

La capa de poliolefina (1) se recubre por extrusión encima del substrato (2). La capa de poliolefina (6) se aplica luego sobre la película (5) resultando la estructura A. Aunque este es un método para confeccionar la estructura A, pueden emplearse otros métodos distintos para elaborar la misma estructura final.

El laminado en todo su conjunto ahora puede ser térmicamente sellado desde la parte anterior a la posterior, (poliolefina con poliolefina), a temperaturas convencionales de 121,1-260ºC (250ºF-hasta 500ºF). El laminado recién formado puede emplearse en la fabricación de recipientes para bebidas alcohólicas o para el envasado de otros productos líquidos, en forma, por ejemplo de envases, recipientes plegables cuadrados o rectangulares, bolsas, vasos o incluso tubos cilíndricos.

El extraordinario efecto barrera y las propiedades físicas proporcionadas por la presente invención pueden apreciarse en los siguientes ejemplos.

Ejemplos Ejemplo 1

Se evaluaron cuatro estructuras (C1-C4) para determinar sus características barrera y físicas con relación a la estructura A. Estas estructuras con sus pesos de revestimiento en g/m^{2} (lb/3msf) específicos de las series a ensayar se relacionan en la tabla 1.

TABLA 1 Estructuras evaluadas

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TABLA 2 Estructura B

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La estructura A corresponde a un ejemplo de la presente invención según se describió anteriormente. Las estructuras C1-C4 son estructuras de control. C 1 se basa en una hoja con un grueso revestimiento de LDPE y LLDPE para proporcionar una resistencia adicional al rasgado y al sellado. C2 comprende un revestimiento de peso muy elevado de LDPE. C 4 es similar a las estructuras que se distribuyen comercialmente para la confección de envases para líquidos. Finalmente, C 3 es una modificación de C 4 con una pesada capa de LDPE y LLDPE para determinar si se mejora la resistencia del sellado.

Las velocidades de transmisión del vapor de agua (WVTR) y oxigeno (OTR) correspondiente a las cinco estructuras se relacionan en la tabla 3. El ensayo de WVTR se realizó a 38ºC y 90% de humedad relativa (RH). Los valores OTR se determinaron a 23ºC /50% RH y a 23ºC/75% RH.

TABLA 3 Valores barrera de las estructuras ensayadas

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Con respecto a WVTR, C1 se comporto considerablemente mejor que las otras estructuras. De las cuatro estructuras sin hoja, A presentó la velocidad mas baja de transmisión de vapor. C2, C3 y C4 ofrecieron un comportamiento relativamente similar. Esto resulta algo sorprendente considerando que C2 y C3 presentan pesos de capa de LDPE considerablemente superiores que C4. El LDPE tiene la consideración general de ofrecer una excelente barrera contra el vapor de agua, en tanto que unos pesos superiores de revestimiento tendrían como consecuencia una menor velocidad de transmisión.

En cuanto a la atenuación de la velocidad de transmisión del oxigeno, C1 presento la mejor actuación en ambos grupos de condiciones medioambientales. Al 50% RH, la estructura A, C3 y C4 ofrecieron velocidades de transmisión ligeramente superiores que C1. C2 no contiene ningún material con efecto barrera de oxigeno, de ahí que diese un resultado muy pobre en estas determinaciones.

A 75% RH, los valores OTR se incrementaron para las cinco estructuras. Como se esperaba, la estructura con hoja, C1 experimento el menor incremento: las tres estructuras multicapa tuvieron un comportamiento similar. La estructura C2 continuo comportándose muy pobremente en lo que respecta a ofrecer una barrera contra el paso del oxigeno.

Ejemplo 2

Las determinaciones físicas de las estructuras A y C2 se relacionan en la tabla 4. Los resultados comparativos son correctos dado que los pesos base del cartón y los pesos de los recubrimientos poliméricos en cada estructura son los mismos. En donde era necesario, las determinaciones se efectuaron en dirección de la máquina (MD) o en dirección transversal (CD).

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(Tabla pasa a página siguente)

TABLA 4 Determinaciones físicas de las estructuras evaluadas

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Se han observado ligeras mejorías en la resistencia al reventado en húmedo (Mullen), Rigidez (Taber), y resistencia atracción al reemplazar el LDPE por la película laminada soplada.

Así mismo se observaron considerables aumentos en la resistencia al desgarre con incrementos de 52,2 g (MD) y 159,1 g (CD). Esto puede atribuirse a las diferencias de rigidez de los polímeros en A y C2 así como a la orientación biaxial de la película soplada.

Después de humedecer las muestras, el cartón se debilito hasta el punto que las propiedades al desgarro de los polímeros empezaron a dominar. En el caso de C2,la resistencia al desgarro MD y CD se incremento a 160,2 g y 266,8 g, respectivamente. Para la estructura A, la resistencia al desgarro MD y CD incremento hasta 333,1 g y 537,6 g respectivamente. Estas contribuciones derivadas de los materiales poliméricos sirven para evitar la rotura del envase para líquidos en estado mojado o bajo condiciones extremas de humedad.

Se encontró así mismo una diferencia dramática entre A y C2 en mojado. El margen de diferencia en la MD se incremento de 52,2 a 225,1 g. La resistencia al desgarro CD se incremento de 159,1 a 429,9 g. Para diseñar envases que contienen muchos pliegues con ángulos agudos, la estructura A proporcionará una resistencia adicional al rasgado y a la rotura del envase. Esto se cumple así mismo en cuanto un incremento de resistencia bajo condiciones de caída por la manipulación durante el transporte y hasta llegar al consumidor.

La resistencia al sellado de las cinco estructuras se relaciona en la tabla 5

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TABLA 5 Determinaciones de la resistencia al sellado

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Comparativamente con C4, se ofrece una resistencia al sellado adicional ya sea por el incremento del peso del recubrimiento de la capa sellante como por la presencia de LLDPE en C1 y en C3. Esto no fue posible aplicarlo a C2. La calidad del sellado ha mejorado también al mejorar la resistencia térmica de la estructura general dado que la estructura A, C1, C3 y C4 absorberán mas calor y lo soportarán durante mas tiempo que C2

Claims

1. Un material laminado para confección de envases compuesto por

a): un substrato de cartón, presentando una superficie interior y una superficie exterior;

b): una capa exterior de polímero de poliolefina térmicamente sellable aplicada sobre la mencionada superficie exterior y el mencionado substrato de cartón;

c): una capa de poliamida aplicada sobre la mencionada superficie exterior del mencionado substrato de cartón;

d): una capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida;

e): una capa pelicular soplada, comprendiendo una primera capa exterior de un polímero poliolefínico, una primera capa de unión, una primera capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una segunda capa de unión, una segunda capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una tercera capa de unión y una segunda capa final de poliolefina, aplicando la mencionada capa pelicular soplada sobre la superficie interior de la mencionada capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida;

f): y una capa en la parte mas interior de poliolefina aplicada sobre la mencionada capa final de poliolefina de la mencionada capa pelicular.

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2. Un material laminado para la confección de envases según la reivindicación 1, en donde cada una de las mencionadas capas de unión contienen un copolímero de etileno modificado con grupos funcionales de anhídrido maléico.

3. Un material laminado para la confección de envases según la reivindicación 1, en donde una de las mencionadas capas de copolímero de alcohol vinílico etileno (EVOH),contiene un miembro seleccionado del grupo consistente en EVOH secuestrador de oxigeno, nanocompuestos de EVOH, o mezclas de EVOH con poliolefinas tales como, polietileno de baja densidad, poliamidas o tereftalatos de polietileno.

4. Un material laminado según la reivindicación 1, en donde el mencionado copolímero de alcohol vinílico etileno contiene de 25 a 48 moles% de etileno.

5. Un material laminado para la confección de envases según la reivindicación 1, en donde:

a): un mencionado substrato de cartón que tiene un peso base de 163-489 g/m^{2} (100-300 lbs/3msf);

b): la mencionada capa exterior de polimero de poliolefina térmicamente sellable presenta un peso de recubrimiento de 13,04-32,6 g/m^{2} (8-20 lbs/3msf);

c): la mencionada capa de poliamida tiene un peso re revestimiento de 3,26-16,3 g/m^{2} (2-10 lbs/3msf);

d): la mencionada capa tiene un peso de recubrimiento de 8,95-32,60 g/m^{2} (5-20 lbs/3msf);

e): la mencionada capa pelicular soplada consta de una primera capa poliolefínica de 8,15-32,60 g/m^{2} (5-20 lbs/3msf), una primera capa de unión de 4,89-8,15 g/m^{2} (3-5 lbs/3msf),una primera capa de copolímero de alcohol vinílico etileno de 3,26-8,15 g/m^{2} (2-5 lbs/3msf),una segunda capa de unión de 4,89-32,6 g/m^{2} (3-20 lbs/3msf), una segunda capa de copolímero de alcohol vinílico etileno en una cantidad dosificada de 3,26-8,15 g/m^{2} (2-5 lbs/3msf), una tercera capa de unión en una cantidad de 4,89-8,15 g/m^{2} (3-5 lbs/3msf) y una segunda y última capa de poliolefina en una cantidad de 8,15-32,6 g/m^{2} (6-20 lbs/3msf);

f): la capa mas interior mencionada, de poliolefina presenta un peso de revestimiento de 8,15-24,45 g/m^{2} (5-15 lbs/3msf).

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6. Un recipiente para bebidas alcohólicas, que se ha confeccionado a partir de un laminado como el de la reivindicación 1.

7. Un recipiente para bebidas alcohólicas, que se ha confeccionado a partir de un laminado como el de la reivindicación 3.

8. Un recipiente para bebidas alcohólicas, que se ha confeccionado a partir de un laminado como el de la reivindicación 5.

9. Una estructura laminada barrera contra el paso de la humedad y el oxigeno, sin recubrir, para la confección de un recipiente impermeable al oxigeno y a la humedad construida con un laminado como el de la reivindicación 1.

10. Un procedimiento para mejorar las propiedades barrera contra el paso del oxigeno y la humedad de un laminado que consta de los siguientes pasos:

a): aplicación de una capa exterior de poliolefina sobre la superficie exterior de un substrato de cartón,

b): aplicación de una capa de poliamida sobre la superficie interior de un substrato de cartón.

c): aplicación de una capa de unión sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida,

d): aplicación de una capa laminar soplada que consta de una primera capa polimérica de poliolefina, una primera capa de unión, una primera capa interior de EVOH, una segunda capa de unión, una segunda capa interior de EVOH, una tercera capa de unión, una segunda capa interior de polímero de poliolefina, y

e): aplicación de una capa poliolefínica sobre la últimamente mencionada capa de poliolefina de la mencionada capa pelicular, cuya capa poliolefínica comprende la capa situada mas interiormente y en contacto con la bebida.