ES2379897T5 - Método para producir un producto de papel - Google Patents

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Description

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Según una realización, la resistencia a la compresión del estratificado según el Índice del Ensayo de Compresión Corta (SCT) varía de 20 a aproximadamente 50, tal como de 20 a aproximadamente 40, por ejemplo de 20 a aproximadamente 30, ó 20,4 a aproximadamente de 25 Nm/g.
Según una realización, la Adherencia Scott varía de aproximadamente 50 a aproximadamente 500, por ejemplo de aproximadamente 100 a aproximadamente 250, tal como de aproximadamente 130 a aproximadamente 220 J/m2.
El producto de estratificado de papel puede comprender capas adicionales que incluyen capas de plástico o de material de polímero revestidas sobre una capa de papel o de cartón y/o capas barrera tales como las descritas en la presente invención.
Particularmente, la invención se refiere al uso de productos de estratificado de papel para su uso como cartón de embalaje, en particular para su uso como recipientes de almacenamiento para la alimentos acuosos, grasos y/o secos (según la definición en FDA 176.170 y 176.180). Tales productos alimentarios pueden incluir arroz, cereales (alimento seco), así como leche, zumos, líquidos calientes, etc. (líquidos). El producto de estratificado de papel también se puede usar para, por ejemplo paquetes de cigarrillos, herramientas (piezas de recambio), productos farmacéuticos, jabones, etc. Otros ejemplos de aplicaciones incluyen la producción de productos de papel que incluyendo papel y/o cartón de múltiples capas, material para el envasado y embalaje de productos tales como bienes industriales o producto intermedio en la fabricación de dichos productos finales, u otros productos de estratificado de papel. Los paquetes deberán proteger al contenido de los ambientes circundantes, incluyendo a los impactos durante la manipulación, el transporte y el almacenamiento, contra la presión de apilamiento y las frente a temperaturas y humedad extremas.
Para la invención así descrita, se hace evidente que la misma se pueda modificar de muchas maneras. Los siguientes ejemplos ilustrarán de forma adicional como la invención descrita se puede realizar sin limitar el alcance de la misma.
A menos que se indique lo contrario, todas las partes y porcentajes se refieren a partes y porcentajes en peso. Todas las cantidades del polisacárido microfibrilar o de la celulosa microfibrilar están dadas en tanto por ciento en peso y se basan en el peso de las fibras celulósicas.
Se usan los siguientes métodos estándar para caracterizar las propiedades de los estratificados tal como se definen en la presente invención, incluyendo los siguientes ejemplos:
Parámetro
Método estándar Equipo
Gramaje
ISO 536:1995
Densidad del papel, grosor
ISO 534:1988
Propiedades de tracción (rigidez a la tracción, resistencia a la tracción)
ISO 1924-2 Alwetron TH1 (L&W)
Z-fuerza
SCAN-P-80:98 Medidor de Tracción ZD, L&W
Índice de Resistencia al Doblado 15°
ISO 2493:1992 L&W
Resistencia al Doblado Geométrico
ISO 2493:1992
Adherencia Scott
Tappi T 833 pm-94 Medidor de adherencia interna Scott
SCT (Ensayo de Compresión Corta)
ISO 9895:1989 Medidor STFI de Resistencia a Compresión L&W
La resistencia relativa al arrugado se obtiene al comparar la resistencia al doblado medida según la MD (del inglés Machine Direction -Dirección de la Máquina-) y según la CD (del inglés, Cross Direction -Dirección Transversal) según la norma ISO 2493:1992, antes y después del arrugado.
Con el fin de medir la resistencia a la absorción –edge wick-de un producto de papel, se emplea el método del ensayo de absorción en peróxido de hidrógeno, y se lleva a cabo según el siguiente procedimiento:
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Ejemplo 2
A) Se produce un producto de papel en donde la capa interior tiene la misma composición que un cartón comercial con un gramaje de 130 g/m2 a partir de una mezcla de pasta-CTMP (CSF 400), pasta rota, y fibras de pasta kraft de madera blanda (°SR 23) con diferentes relaciones (A1-A4, ver Tabla 2) usando una máquina dinámica formadora de 5 hojas (Formette Dynamic, suministrada por Fibertech AB, Suecia). Se forman las hojas de papel como en el Ejemplo
1. Las cantidades de productos químicos añadidos a la suspensión (en base al peso de pasta incluyendo la pasta rota) y el tiempo de adición (en segundos) antes del bombeo y de la formación de la hoja son como en el Ejemplo 1, pero con 0,35 % de AKD. Las hojas se drenan, prensan y secan como en el Ejemplo 1, pero con 11 minutos de secado en el secador plano.
10 Tabla 2
Muestra
CTMP (%) Pasta rota (%) Pasta kraft de madera blanda (%)
1 A2 A3 A4
60 65 70 75 20 20 20 20 20 15 10 5
B) Se prepara la capa interior de un cartón con un gramaje de 130 g/m2 como en A, pero a partir de una mezcla de pastas que consiste en 75 % de pasta-CTMP, 20 % de pasta rota, y 5 % de pasta kraft de madera blanda a la que se hacen adiciones de celulosa microfibrilar en cantidades de 2 a 8 % (B1-B4).
15 C) Se prepara la capa interior de un cartón con un gramaje de 130 g/m2 como en A), pero a partir de una mezcla de pastas que consiste en 75 % de pasta HT-CTMP (CSF 700), 20 % de pasta rota y 5 % de pasta kraft de madera blanda a la que se hacen adiciones de celulosa microfibrilar en cantidades de 2 a 8 % (C1-C4).
Se analizan las capas interiores de los cartones preparadas según A-C para determinar su índice de tracción y las propiedades de Z-fuerza. Es evidente de la Tabla 3 que la densidad de la capa interior del cartón se puede reducir
20 mientras se mantiene sustancialmente el índice a la tracción y la fuerza Z-de la referencia A mediante la adición de celulosa microfibrilar en combinación con una cantidad aumentada de CTMP, especialmente HT-CTMP para formar la capa interior.
Tabla 3
Muestra
MFC (%) Densidad (kg/m3) Índice de Tracción (Nm/g) Z-fuerza (kPa)
A1
0 339 40,9 256
A2
0 335 38,3 248
A3
0 318 35,1 209
A4
0 275 29,6 144
B1
2 279 31,8 188
B2
4 287 32,9 214
B3
6 301 37,7 254
B4
8 337 44,2 311
C1
2 268 32,0 180
C2
4 282 35,0 222
C3
6 291 37,4 250
C4
8 310 41,9 282
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Ejemplo 3
A) Se produce un producto de papel con la misma composición que un cartón comercial con un gramaje total de 250 g/m2 usando una máquina dinámica formadora de hojas. Las capas superior e inferior, cada una de 60 g/m2, se preparan a partir de una mezcla de pastas de 60 % de fibras de pasta kraft de madera dura (°SR 26) y 40 % de fibras de pasta kraft de madera blanda (°SR 23). La capa interior, 130 g/m2, se prepara a partir de una mezcla de 60 % de pasta CTMP (CSF 400), 20 % de pasta rota y 20 % de fibras de pasta kraft de madera blanda. Las hojas de papel se forman en una Máquina Dinámica Formadora de Hojas como en el Ejemplo 1, sin embargo, no se lleva a cabo el drenaje de la materia prima entre la formación de las diferentes capas. Las cantidades de productos químicos añadidos a la suspensión (en base al peso de la pasta) y el tiempo de adición (en segundos) antes del bombeo y de la formación de la hoja son los mismos que en los Ejemplos 1 y 2. El tiempo de drenaje del cartón de tres capas es de 90 segundos. Las hojas de papel se prensan a 3 bares en una prensa de rodillos y posteriormente se secan sujetas en un secador plano a 105 °C durante 15 minutos.
B) Se prepara un cartón de tres capas con un gramaje total de 215 g/m2, teniendo las capas superior e inferior un gramaje de 53 g/m2 y una capa interior de un gramaje de 109 g/m2 como en A) pero con la adición de celulosa microfibrilar. Las cantidades de celulosa microfibrilar añadidas a las capas superior y posterior son 2 %, mientras que los productos químicos para la fabricación de papel se añaden como en A) en el Ejemplo 1. La capa interior se produce a partir de una pasta que comprende 75 % de pasta HT-CTMP (CSF 700), 20 % de pasta rota, y 5 % de fibras de pasta kraft de madera blanda a la que se añade 3 % de celulosa microfibrilar.
C) Se prepara un cartón de tres capas con un gramaje total de 215 g/m2 como en B) pero la capa interior se prepara a partir de una mezcla de fibras de 80 % de pasta HT-CTMP (CSF 700) y 20 % de pasta rota a la que se añade 5 % de celulosa microfibrilar.
Se analizan los cartones producidos según A-C para determinar su densidad, resistencia a la tracción, Z-fuerza y resistencia al doblado geométrico (ver Tabla 4).
Tabla 4
Muestra
Gramaje (g/m2) Densidad (kg/m3) Resistencia a la Tracción (kN/m) Z-Fuerza (kPa) Resistencia al Doblado Geométrico (Nm)
A
250 463 14,8 261 447
B
215 421 13,9 206 433
C
215 392 13,3 167 485
Los resultados presentados en la Tabla 4 muestran que la resistencia al doblado geométrico se mantiene o mejora esencialmente mientras que la resistencia a la tracción se mantiene esencialmente en las muestras B y C en comparación con la referencia A a pesar del hecho de que las muestras B y C tienen un gramaje y una densidad mucho más bajas.
Se revisten (estratifican) los cartones producidos según A-C y se analizan para determinar su densidad, índice de resistencia al doblado, absorción (peróxido de hidrógeno), y la resistencia relativa al arrugado en la dirección de la máquina (MD, del inglés machine direction) y en la dirección transversal (CD, del inglés cross direction). Al comparar las muestras revestidas y no revestidas (ver Tabla 5) se puede observar que la estratificación de los cartones con polietileno aumenta la densidad y de ese modo se reduce el índice de resistencia al doblado para todos los cartones. Sin embargo, todavía es evidente que se puede obtener un índice de resistencia al doblado aumentado para los cartones B y C producidos por la adición de celulosa microfibrilar a la materia prima en comparación con la referencia A. Además, también se puede observar una reducción favorable en la resistencia relativa al arrugado y en las propiedades de absorción (Tabla 5) de los cartones estratificados según la invención. Cuando se recude la absorción (B y C) en comparación con la referencia A, se refuerza la resistencia a los líquidos en los bordes.
Tabla 5
Muestra
Densidad (kg/m3) Sin revestir Revestido Índice de Resistencia al Doblado (Nm6/kg3) Sin revestir Revestido Absorción (Peróxido de Hidrógeno) (kg/m2) Revestido Resistencia Relativa al Arrugado (%) MD CD
A
514 546 26,2 24,7 7.0 78 78
B
458 513 34,5 28,4 3.7 72 74
C
461 512 34,7 28,5 4.5 66 75
Ejemplo 4
A) Se producen productos de estratificado de papel con un gramaje total de 150, 200, 250 y 300 g/m2
5 respectivamente, usando una máquina dinámica formadora de hojas (Formette Dynamic, suministrada por Fibertech AB, Suecia). Las capas superior e inferior, cada una de 55 g/m2, se preparan a partir de una mezcla de pastas de 60 % de fibras de pasta kraft de madera dura (°SR 26) y 40 % de madera blanda (°SR 23). Las capas interiores, 40, 90, 140 y 190 g/m2, respectivamente, se preparan a partir de una mezcla de pastas de 70 % de CTMP (CSF 400) y 30 % de fibras de pasta kraft de madera blanda. Las hojas de papel se forman en la Máquina Dinámica Formadora de
10 Hojas como en los Ejemplos 1 y 3, aunque con las siguientes cantidades de productos químicos añadidos a la suspensión (en base al peso de pasta) y tiempos de adición (en segundos) antes del bombeo y de la formación de la hoja:
Tiempo (s)
Capa exterior (%) Capa media (%) Producto Producto Químico
150
0 0 MFC
90
0,2 0,5 Eka DR 28HF AKD, (dímero de alquil-cetena)
30
0,6 1,0 PB970 Almidón de patata catiónico
15
0,03 0,03 NP442 Sol de sílice coloidal
0
Bombeo
Con el fin de alcanzar valores de densidad de aproximadamente 600 kg/m3, se prensan los productos en una prensa
15 plana según lo siguiente; el estratificado de 150 g/m2 a 8,5 bares durante 5 minutos, el estratificado de 200 g/m2 a 10 bares durante 5 minutos, el estratificado de 250 g/m2 a 13 bares durante 5 minutos y el estratificado de 300 g/m2 a 13 bares durante 7 minutos.
B) Se producen productos de papel con gramajes totales de 150, 200, 250 y 300 g/m2, respectivamente, como en A) con capas interiores (40, 90, 140 y 190 g/m2) preparadas a partir de una mezcla de 78 % de HT-CTMP (CSF 740) y
20 22 % de fibras de pasta kraft de madera blanda. La cantidad de celulosa microfibrilar añadida a las capas interiores es 5 %, mientras que los productos químicos de acabado en húmedo se añaden como en A). Los productos de papel se prensan como en A).
C) Se producen productos de papel con un gramaje total de 150, 200, 250 y 300 g/m2, respectivamente, como en B), pero con las capas interiores (40, 90, 140 y 190 g/m2) preparadas a partir de una mezcla de pastas de 83 % de HT
25 CTMP (CSF 740) y 17 % de fibras de pasta kraft de madera blanda. La cantidad de celulosa microfibrilar añadida a las capas medias es 5 %, mientras que los productos químicos de acabado en húmedo se añaden como en A). Los productos de papel se prensan como en A).
Se analizan los cartones producidos según A-C para determinar su densidad, índice de tracción, Z-fuerza e índice de resistencia al doblado (ver Tabla 6).
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Tabla 6
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Los resultados presentados en la tabla 6 muestran que se mejora esencialmente el índice de resistencia al doblado mientras que la resistencia a la tracción se mantiene esencialmente en las muestras B y C en comparación con la referencia A a un pesar del hecho de que las muestras B y C tienen densidades más bajas.
Ejemplo 5
A) Se produce un producto de papel en una máquina piloto de cartón de múltiples capas. Se producen dos capas exteriores en dos máquinas de papel Fourdriniers y la capa interior usando una caja de cabeza secundaria al frente de una máquina híbrida formadora. Las tres cajas de cabeza usadas durante el ensayo son cajas de cabeza hidráulicas. La disposición de la sección de prensa es una prensa de rodillo de doble fieltro seguida de un rodillo de zapata de doble fieltro. Después de la sección de prensa se enrolla el papel y, luego se seca durante 3-4 horas en un secador de cuatro cilindros no alineados.
Las capas exteriores, cada una de 55 g/m2, se preparan a partir de una mezcla de pasta de 60 % de madera blanda blanqueada (°SR 23) y 40 % de madera dura blanqueada (°SR 26). Antes de la formación de la hoja se añaden los siguientes productos químicos a la suspensión de pasta: 0,2 % de Eka RD 28HF (AKD, dímero de alquil-cetena), 0,6 % de Perbond 970 (almidón de patata catiónico), 0,03 % de Eka NP 442 (sol de sílice coloidal).
La capa interior consiste en 70 % de CTMP (CSF 400) y 30 % de madera blanda. El gramaje de la capa interior es aproximadamente 100 g/m2. Antes de la formación de la hoja se añaden los siguientes productos químicos de acabado en húmedo: 0,5 % de Eka RD 28HF (AKD, dímero de alquil cetena), 1,0 % de Perbond 970 (almidón de patata catiónico), 0,03 % de Eka NP 442 (sol de sílice coloidal).
B) Se produce un producto de papel según A, pero con una capa interior que consiste en 70 % de HT-CTMP (CSF 740) y 30 % de madera blanda.
C) Se produce un producto de papel según B, pero con una adición de 2 % de celulosa microfibrilar a la capa interior antes de la adición de los productos químicos de acabado en húmedo tal como se establece en A).
D) Se produce un producto de papel según B, pero con una adición de 5 % de celulosa microfibrilar a la capa interior antes de la adición de los productos químicos de acabado en húmedo tal como se establece en A).
E) Se produce un producto de papel según D. A la suspensión acuosa para formar las capas exteriores, se añade 2 % de celulosa microfibrilar antes de la adición de los productos químicos de acabado en húmedo. La cantidad de productos químicos de acabado en húmedo añadidos a las capas exteriores es la misma que en A), pero con 0,06 % de Eka NP 442.
Los cartones producidos según A-E se analizan para determinar sus propiedades de resistencia y de absorción usando peróxido de hidrógeno (ver la Tabla 7).
Tabla 7
Propiedad del Papel
Unidad A B C D E
Gramaje
g/m2 205 207 210 217 207
Densidad
kg/m3 609 530 537 549 575
Propiedad del Papel
Unidad A B C D E
Índice de Tracción
Nm/g 52,4 48,7 43,8 50,3 51,7
Índice de Rigidez a la Tracción
kNm/g 5,9 5,7 5,6 5,6 6,0
Índice de Resistencia al Doblado
Nm6/kg3 17,4 23,8 23,8 20,4 20,9
Z-fuerza
kPa 423 181 223 258 306
Adherencia Scott
J/m2 244 133 125 177 211
Índice SCT
Nm/g 23,8 19,8 20,4 20,5 22,7
Absorción (Peróxido de Hidrógeno)
kg/m2 5,5 2,5 2,0 2,0 1,9

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