ES2614233T3

ES2614233T3 - Método para controlar el área de contacto de la superficie de un sustrato de papel o cartón

Info

Publication number: ES2614233T3
Application number: ES07823074.5T
Authority: ES
Inventors: Isto Heiskanen; Kaj Backfolk
Original assignee: Stora Enso Oyj
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2017-05-30
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: CA2666745A1; US8455057B2; CA2666745C; FI20060756A0; EP2061606B1; FI20060756A; FI118973B; JP5193204B2; US20100015460A1; JP2010501327A; WO2008023092A1; EP2061606A1

Abstract

Método para controlar el área de contacto de la superficie de un sustrato de papel o cartón o un producto del mismo, depositando de forma electrostática una cantidad traza de partículas para formar una(s) capa(s) en dicha superficie, en donde dichas partículas comprenden lubricantes de capa límite y dichas partículas se depositan en la superficie diana solubilizadas o dispersas en un disolvente o vehículo líquido adecuado, en donde dicho control no se prepara.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Metodo para controlar el area de contacto de la superficie de un sustrato de papel o carton

La invencion se refiere a un metodo para controlar el area de contacto de la superficie y la capacidad de compresion de un sustrato de papel o carton a superficies o lfquidos. El metodo hace uso de deposicion electrostatica de materiales de recubrimiento para controlar las propiedades de la superficie y por tanto la adhesion de propiedades humectantes.

En la industria del envasado, las propiedades necesarias para diferentes aplicaciones pueden ser diversas. El envase puede necesitarse para formar un sellado hermetico, aseptico y mecanicamente durable para proteger el producto envasado a lo largo de su ruta desde la fabrica al mercado. Esto es esencial para la comida. Por otro lado, el mismo envase debena ser facil de manejar y abrir por los consumidores finales de los bienes. Para cumplir todos los requisitos, las composiciones con varias capas del mismo o diferentes materiales se usan a menudo. Diferentes capas sirven para diferentes propositos, por ejemplo, visual, barrera, transporte, desgarrado, sellado, etc. Para fabricar dichas composiciones multicapa, los procedimientos tfpicos son recubrimiento, laminado, recubrimiento por extrusion y coextrusion.

Recubrir un sustrato, es decir, una red de papel o carton, con un agente de recubrimiento, ha sido un refinamiento tfpico en la produccion de superficies de alta calidad. El procedimiento de recubrimiento se realiza o bien en conexion con la maquina de fabricacion de papel, como un procedimiento en lmea, o como un procedimiento fuera de lmea separado. En un procedimiento en lmea, la red continua que se ha formado en la maquina de fabricacion del papel va directamente a la maquina de recubrimiento, y la red se enrolla solo despues de las etapas del procedimiento de recubrimiento. En el recubrimiento fuera de lmea, la red se enrolla despues de la maquina de fabricacion del papel y esta red se recubre en una maquina de recubrimiento separada juntando un nuevo rollo despues de cada red desenrollada desde el rollo anterior.

Hay una serie de diferentes opciones disponibles para la unidad de recubrimiento: chorro de aire dosificador, maquinas de recubrimiento con cuchilla, maquinas de recubrimiento por prensa encoladora, maquinas de recubrimiento por pulverizado, maquinas de recubrimiento de cortina, metodos de recubrimiento electrostatico, etc. La caractenstica comun para todas estas unidades de recubrimiento es la aplicacion de una pasta de recubrimiento acuosa sobre la anchura total de la red seca, seguido por secado de la pasta de recubrimiento y la red parcialmente humedecida por medido de secadores, tales como radiadores infrarrojos, secadores de soplado de aire o secadores de cilindro. La pasta de recubrimiento tfpicamente tiene un contenido en solidos del orden de 40 a 70%, mientras las formulaciones pigmentadas usadas en tratamientos en prensa de pelmulas o en prensa encoladora van con un menor contenido en solidos. Las formulaciones de recubrimiento tfpicas en el recubrimiento tradicional incluyen por ejemplo caolm y carbonato de calcio, minerales, aglutinantes, modificadores de reologfa, y aditivos. El procedimiento de recubrimiento puede repetirse un numero de veces para alcanzar una superficie con excelente rendimiento. Dicha combinacion puede comprender por ejemplo el recubrimiento de ambos lados de la red, primero con una maquina de recubrimiento por prensa encoladora y posteriormente el recubrimiento de ambos lados con una maquina de recubrimiento de cuchilla. El calandrado normalmente sigue al recubrimiento para alcanzar brillo y suavidad apropiado para la superficie. Despues la red se forma como un “rollo de maquina”, que, a su vez, se divide en un enrollador en rollos con menos anchura y longitud de red adaptada a una maquina de impresion.

Cuando se consideran sustratos para la impresion, los requisitos para las capas de recubrimiento se refieren a uniformidad, suavidad, brillo, color, opacidad, energfa superficial, retencion, adsorcion del color, etc. En el caso de formulaciones de recubrimiento para carton usado para envasar productos alimenticios y similares, la aprobacion y consentimiento de la FDA para los requisitos de olor y sabor son cruciales, lo que a menudo elimina el uso de la clase de amplio espectro de compuestos qrnmicos funcionales. En caso de calidad de impresion relacionada con la humectacion y adhesion, la forma mas comun de controlar las interacciones es por medio de la modificacion de la energfa superficial. Los metodos y agentes de recubrimiento tradicionales, el proposito ha sido tradicionalmente mejorar la adhesion. Dichos metodos pueden ser tratamiento superficial, generacion de rugosidad mecanica, eliminacion de capas lfmite debiles, minimizado de tensiones, uso de promotores de adhesion, uso de interacciones acido-base adecuadas, ademas de proporcionar termodinamicas favorables y uso de humectacion. Las tecnicas tfpicas de tratamiento incluyen el uso de compuestos qrnmicos tales como imprimadores y disolventes, el uso de calor y llama, metodos mecanicos, plasma, tratamiento de corona y radiacion. Cada tecnica puede mejorar la adhesion por medio de diferentes influencias. Los efectos deseados incluyen promover la adhesion entre el sustrato y el recubrimiento aumentando la energfa libre (humectabilidad) de las superficies, induciendo la reaccion qrnmica entre ellas, y eliminando las impurezas que debilitan el enlace de ellas.

En caso de adhesion demasiado fuerte entre materiales en capas distintos o similares varios lubricantes y por otro lado, polvos tales como talco pueden introducirse para reducir la energfa superficial o contacto entre los materiales. Los contactos pueden ser entre solido y solido o entre solido y lfquido. Aunque estas sustancias facilitan el procesado, su presencia en o sobre las superficies del producto final puede ser indeseable, incluso estar prohibida, como es el caso con la comida. Los problemas con los metodos de recubrimiento tradicionales surgen a partir de diferentes requisitos para superficies durante diferentes fases del ciclo de vida del envase. Durante la produccion, en

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

la lmea de produccion, las unidades debenan fluir de forma Kquida, pero durante el transporte, las superficies demasiado suaves pueden provocar el amontonamiento de la carga con colisiones y rupturas de los envases.

El documento WO2006/060815 describe un producto de tejido sanitario que comprende una estructura fibrosa acabada en que se ha aplicado un aditivo solido que consiste en almidon de mafz y caolm. El aditivo solido seco se fluidiza y se aplica electrostaticamente a la red de tejido humedo como un polvo fino.

El documento WO03/0076083 describe otro metodo de aplicacion de polvo seco. Es un metodo para formar una pelfcula de un polfmero termoplastico, que puede contener pigmentos inorganicos.

El documento WO2005/0003460 describe un envase que comprende un agente hidrofobo para mejorar sus propiedades cuando se trata en una autoclave o se expone de otra forma a condiciones de humedad y calor. La cola hidrofoba se aplica a la pulpa o red humeda de una manera conocida a partir de la produccion de papel y carton, por ejemplo, pulverizando antes de la ultima etapa de secado de la red de sustrato de fibra, preferiblemente durante la produccion de las existencias de sustrato de fibra.

El documento WO02/090206 describe una estructura laminada que comprende un agente de encolado hidrofobo. Dicho documento no ensena en detalle, como se aplica dicho agente, pero se refiere a la mezcla en pulpa de papel, en referencia a la aplicabilidad de tecnologfa convencional y sin necesidad de equipo extra.

El documento JP 2000190620 se refiere al campo del recubrimiento de una lamina de grabacion con chorro de tinta, que ensena la regulacion del coeficiente de friccion de la capa de recubrimiento receptiva y la capa de recubrimiento de atras a un intervalo de 0,3 a 1. Esto se dice para eliminar problemas, tal como alimentacion con pliegue o alimentacion en zigzag. El recubrimiento se aplica mediante extension, que probablemente se refiere al recubrimiento en humedo convencional.

El documento EP 0982120 se refiere al recubrimiento de laminas, especialmente laminas adecuadas para la grabacion con chorro de tinta. Trata los problemas afrontados con el recubrimiento en humedo y encuentra que usando una composicion de recubrimiento en polvo, ciertos inconvenientes del recubrimiento en humedo pueden superarse. Como un metodo preferible, la referencia ensena el recubrimiento en seco por medio de un pulverizado electrostatico.

El proposito principal de la invencion es proporcionar un metodo para influir en las propiedades de la superficie de los sustratos.

La invencion tambien tiene el proposito de mejorar la eficiencia material de los envases de manera que proporcionen alta calidad aunque usando menos recursos: menos material y energfa que antes. La posibilidad de aplicar el recubrimiento de forma controlable, solo a posiciones deseadas y como cantidades ajustadas, grna para minimizar el consumo de agente de recubrimiento.

Otro proposito de esta invencion es conseguir un metodo mas eficiente y economico para producir sustratos de papel o carton durables y fiables o productos de los mismos.

El area de contacto de la superficie de un sustrato de papel o carton puede controlarse por deposicion electrostatica de una cantidad traza de partfculas en la superficie dicha del sustrato. Dichas partfculas forman una capa que tiene caractensticas que contribuyen a las propiedades superficiales del producto tratado. Lo que se desea es control de por ejemplo adhesion y humectacion, y la velocidad de humectacion por medio de la aplicacion de un recubrimiento de capa fina en la superficie. En caso de adhesion, el material de partida puede ser de energfa de superficie baja o alta pero con el procedimiento dicho es posible conseguir gradualmente cierto grado de adhesion. Por cobertura parcial de un material entre el sustrato A y el sustrato B con un material C, la adhesion puede aumentarse o disminuirse dependiendo de la condicion de referencia. Sin estar unido por la teona, se cree, que la capa de recubrimiento fino tambien solapa las cavidades locales en la matriz y por lo tanto promueve mejores contactos. En caso de humedecimiento, las fibras pueden atrapar aire en la estructura y por tanto crear estructuras hidrofobas o super-hidrofobas. Los materiales aplicados pueden ser tambien absorbentes de lfquido y por tanto o disolverse o hincharse con diferentes velocidades y asf retardar el procedimiento de humectacion. En el ultimo caso, dicha fibra funcional puede estar hecha tambien de compuesto qmmico espedfico para unir, por ejemplo, colorantes en la superficie permitiendo al disolvente humedecer de forma lateral o vertical.

En contraste con tecnicas tales como recubrimiento flexografico o por pulverizado con disolucion de imprimacion o tratamiento de corona o llama, la presente invencion depende de aplicar una diferencia morfologica a la superficie. La flexograffa proporciona una cobertura total o parcial partiendo del polfmero, disolucion en dispersion o emulsion, en que el secado se da principalmente en el sustrato y el material/disolvente migra en el sustrato. Un caso similar puede relacionarse con el tratamiento de pulverizado tradicional. En ambos casos, los cambios en la morfologfa promueven el mejor contacto. En caso de corona o llama, la modificacion se da directamente en el sustrato con poco impacto en la morfologfa de superficie. En el metodo de la presente invencion, cuando se usa el e-hilado o e- pulverizado, el compuesto qrnmico esta en la forma de una fibra o fibra en gota que proporciona las modificaciones tanto morfologicas como qrnmicas. El secado empieza ya durante la transferencia en el sustrato.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Lo mas preferido es tener alta inmovilizacion proporcionando penetracion muy baja o insignificante de particularmente el compuesto qmmico aunque tambien el disolvente y asf dejar la evaporacion al aire como el metodo de secado energeticamente mas favorable.

Mas espedficamente, el metodo segun la invencion se caracteriza por lo que se expone en la reivindicacion 1.

Un producto obtenido segun el metodo segun la invencion es un sustrato de papel o carton que comprende una capa formada por deposicion electrostatica de partfculas que comprende lubricantes de capa lfmite en la superficie del sustrato.

Ademas, el metodo descrito anteriormente puede usarse para afectar superficies de sustrato en diferentes aplicaciones. En otras palabras, la deposicion electrostatica de una cantidad traza de partfculas que comprenden lubricantes de capa lfmite en una superficie de un sustrato puede usarse para controlar el contacto de dicha superficie de dicho sustrato a otras superficies.

La invencion se ilustra ademas con las siguientes figuras.

La Figura 1 representa imagenes SEM de superficies pulverizadas electrostaticamente con estearato de calcio. Pequenas partfculas con el diametro de aproximadamente 2-5 micras representan aqrn el estearato de calcio. La ampliacion es x3500 y el peso del recubrimiento es 0,1 g/m2 (figura 1A) y 0,01 g/m2 (figura 1B).

La Figura 2 representa imagenes SEM de superficies pulverizadas electrostaticamente con cera AKD. La ampliacion es x1500. Los pesos del recubrimiento son de nuevo 0,1 g/m2 (figura 2A) y 0,01 g/m2 (figura 2B).

La Figura 3 representa imagenes SEM de superficies de carton pulverizadas electrostaticamente con mezcla de AKD/PCC. La ampliacion aqrn es x1500. El agente de recubrimiento se aplica al sustrato como peso de recubrimiento de 0,1 g/m2 (figura 3A) y 0,01 g/m2 (figura 3B).

La Figura 4a muestra una representacion esquematica de partfculas como fibras aplicadas segun la presente invencion (11) que se fijan en la superficie de fibra de celulosa (13), evitando las cavidades (12) y una gota de agua (14) en esta superficie.

La Figura 4b es un ejemplo comparativo de distribucion de recubrimiento humedo tradicional (11b) de topograffa de superficie de fibra (13), que penetra tambien en cavidades (12) y una gota de agua (14) en dicha superficie de recubrimiento.

La Figura 5 muestra esquematicamente la distribucion de carga en las fibras de celulosa (15), donde la carga negativa esta en su valor mas alto en la superficie (16).

La Figura 6 da morfologfas esquematicas de partfculas a) gotas, b) fibras y c) gotas encadenadas.

La Figura 7 muestra las mismas morfologfas que la figura 6 en imagenes SEM con ampliacion de x3500.

Los solicitantes han encontrado ahora de forma sorprendente que depositando electrostaticamente una cantidad traza de partfculas que forman una capa en una(s) superficie(s) de sustratos de papel o carton, el area de contacto de la superficie de un sustrato a otra superficie puede controlarse. En contraste al tratamiento superficial tradicional, tal como recubrimiento mineral, la cobertura es significativamente menor y la profundidad de penetracion insignificante.

Con partfculas se entiende aqrn partfculas que comprenden lubricante de capa lfmite y solubilizadas o dispersas en un disolvente o vehuculo lfquido.

Dichas partfculas se fijan en las partes superiores cargadas de las fibras de celulosa dejando las cavidades entre fibras de celulosa separadas sin tocar. Como las partfculas encuentran la superficie relativamente seca, no permean en los huecos en la topologfa, sino que mas bien forman una capa que esta en contacto con las extensiones de la

estructura. En realizaciones de la invencion, necesita no ser continua o no estar rota. Contrariamente, en el marco

de la presente invencion, los mejores resultados se obtienen con la deposicion tipo malla (e-hilado) o dispersa (e- pulverizado) de partfculas. Como se entiende generalmente, una capa es una formacion de partfculas, fibras o esferas en la direccion de la superficie a tratar. Una capa puede consistir en multiples capas en una capa. Aqrn un ejemplo de capa formada de esferas puede verse por ejemplo en la imagen SEM en la figura 2.

Cuando estan en contacto, estas protuberancias son lo primero que se encuentran las demas superficies. Como las protuberancias mas externas estan ahora recubiertas con partfculas, el area de contacto entre dichas dos superficies se trata segun la presente invencion. Las partfculas pueden unirse debilmente a la superficie tratada, inmovilizarse y producir circunstancias para ayudar al contacto. Dependiendo del efecto deseado, por ejemplo, elegido entre lubricantes de capa lfmite las partfculas pueden promover el deslizamiento suave soportando la carga entre superficies. Otro ejemplo es el cambio de angulo de contacto con agua, que puede efectuarse recubriendo la superficie del sustrato de forma electrostatica con cera.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Aqm, con el control del contacto de una superficie de sustrato a otra superficie se entiende los fenomenos relacionados con adhesion, cohesion, friccion, etc. Controlar el area de contacto de la superficie se describe aqm por ejemplo, mediante la naturaleza hidrofila, hidrofoba, liofila, liofoba, lipofila, lipofoba, oleofoba u oleofila de una superficie de sustrato de papel o carton. Comprensiblemente, dos o mas de estas caractensticas pueden estar presentes al mismo tiempo. Se cree tambien que esta relacionado con caractensticas topologicas y de distribucion de carga de la superficie del sustrato, como se ilustra en la figura 4 y 5, y su explotacion cuando se controla el contacto. Una medida estudiada ahora esta definiendo el angulo de contacto con agua de una superficie de un sustrato. Esta caractenstica se ha visto que tiene efecto en el deslizamiento o friccion entre superficies, pegandose juntas sin o bajo presion.

El area de contacto de la superficie de un sustrato a otra superficie se controla depositando una cantidad que oscila de 0,00001 a aproximadamente 1,0 g/m2 de partfculas en la superficie del sustrato. La deposicion puede ser directa o indirecta. La deposicion indirecta comprende primero depositar las partfculas en un vefnculo, tal como un rollo, y despues transferirlas en la superficie del sustrato.

Los metodos de recubrimiento electrostatico pueden dividirse en tres metodos: pulverizado electrostatico y electrohilado, tfpicamente desde la disolucion bajo un campo DC, ademas de recubrimiento en seco con polvos usando campos AC. Por medio del recubrimiento electrostatico, puede alcanzarse facilmente el peso de recubrimiento deseado. Adicionalmente, los sitios a macroescala menos disponibles o superficies de sustrato irregulares se alcanzan convenientemente mediante las tecnicas de recubrimiento electrostatico.

En aplicaciones de electrohilado o pulverizado electrostatico el disolvente o vefnculo se evapora a menudo parcial o totalmente antes de que las partfculas alcancen la superficie del sustrato a recubrir. Las partfculas no forman una capa suave y uniforme en la superficie, sino que mas bien forma partfculas que pueden describirse morfologicamente como perlas o esferas, gotas, gotas encadenadas o conectadas, fibras, etc. Estas partfculas tienen pequena area de contacto de la superficie con el sustrato, que puede verse en la figura esquematica 4. Sin estar atado a una teona, este fenomeno se cree que esta influido por la distribucion de carga en la estructura de fibra de celulosa como se representa aproximadamente en la figura 5. En la figura 4a el efecto de las fibras y/o gotas de partfculas (11) en la superficie del sustrato de papel o carton (13) se especula de forma esquematica. Cuando las partfculas se depositan en dicha superficie, prefiere los picos mas externos del perfil superficial irregular, dejando las cavidades (12) sin llenar con dichas partfculas. En lugar de eso, se captura aire en estas cavidades (12). En ciertas aplicaciones, este aire disminuye la friccion y asf protege la superficie (13) de la tension durante el contacto con otro sustrato o por ejemplo una pieza de moldeo.

En el metodo de invencion, las partfculas comprenden una cantidad relativamente pequena de disolvente cuando se pone en contacto con la superficie diana. Por lo tanto, las fibras y gotas “se apilan” en las crestas de fibras de celulosa mas que en las cavidades (12). Como una comparacion, en la figura 4b se muestra como un disolvente comun, por ejemplo, agua tiene una fuerte tendencia a expandirse en la superficie del sustrato, y sin embargo cubrir y alisar el perfil superficial con agente de recubrimiento. Es importante notar que, en el caso de la fig. 4b, el agente de recubrimiento esta aun suspendido o disuelto cuando se encuentra con la superficie a cubrir. El disolvente se evapora por una parte y por otra parte se absorbe en las fibras de celulosa y otros alrededores, cuando el recubrimiento se seca.

La figura 5 bosqueja las cargas locales que gman las fibras y/o gotas de agente de recubrimiento hacia los picos mas externos de las fibras de celulosa. El agente de recubrimiento cargado de forma positiva (11), como las partfculas relativamente libres de disolvente, tiene tendencia a caer hacia la carga negativa local de las crestas de la fibra (16). Las cavidades (12) parecen menos tentadoras, incluso repulsivas a dichas partfculas. Como el disolvente se evapora durante el vuelo desde la boquilla a la superficie del sustrato, la densidad de carga aumenta y las influencias electricas ganan un papel mas determinante.

Inesperadamente, esta caractenstica puede utilizarse cuando el contacto entre la superficie del sustrato y otra superficie necesita ajustarse, especialmente cuando va a debilitarse localmente. Una realizacion de la invencion esta controlando la fortaleza de un sellado, cuando dicho sellado se pretende que este roto o pelado al abrir. Se cree que el debil contacto entre los compuestos qmmicos de recubrimiento pulverizados electrostaticamente o electrohilados rompen la adhesion de una forma controlada y el sello se rompe mas facilmente. Otra aplicacion es la friccion decreciente cuando se moldea por presion tazas de papel. En esta aplicacion, los metodos de recubrimiento electrostatico proporcionan medios para aplicar agentes de recubrimiento en cantidades traza que son aceptables incluso para envases de alimentos. Adicionalmente, el recubrimiento aplicado segun la invencion, puede aplicarse localmente, solo donde se necesita para la oposicion a la friccion y ajuste, que disminuye mas la cantidad total del recubrimiento en la superficie del sustrato. Tambien se ha encontrado que cantidades incluso de esta pequenez pueden proteger los bordes en bruto de las laminas troqueladas cortadas de unas laminas de material de envase que pueden someterse a contaminacion o humedad y absorber lfquidos antes de alcanzar al usuario final.

Segun una realizacion de la invencion, el sustrato es un envase, donde se ajusta un sello para abrirse rasgando. El envase con esta clase de sellado puede tener una unica o varias partes unidas juntas mediante un sello uniforme o dos mas separados. Podna contener ademas elementos desiguales que comparten superficies compatibles a sellar juntas. Ejemplos tfpicos son envases de comida o condimento para consumidores, que se rasgan para abrir cuando

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

se consumen. Estos incluyen, aunque no estan restringidos a, tazas de yogur, porciones de leche para cafe, envoltorios de barras de chocolate, etc. Esta realizacion puede refinarse mas controlando el recubrimiento de forma local. El recubrimiento dirigido a un sitio puede aplicarse controlando el campo electrico para ser variable segun la posicion. Otra opcion es proteger la mayona del sustrato permitiendo que el recubrimiento entre en contacto con areas diana seleccionadas del sustrato. La proteccion util aqu es una lamina de material impenetrable para el agente de recubrimiento.

Como se dice anteriormente, en el metodo de la invencion, el area de contacto de la superficie de un sustrato se controla depositando de forma electrostatica un espesor que oscila de aproximadamente 0,0001 a aproximadamente 1,0 g/m2 de partfculas en la superficie del sustrato. Llevado a cabo de esta manera, se produce una superficie con apreciable eficiencia y econoirna, que es capaz de proporcionar adhesion ajustada entre las partfculas y la superficie del sustrato.

En el procedimiento de pulverizado, un campo electrico de alto voltaje aplicado a la superficie de un lfquido provoca la emision de gotas cargadas finas. El procedimiento es dependiente de entre otras cosas, masa, carga y conservacion del momento. Por lo tanto, hay varios parametros, que influyen el procedimiento. Los parametros mas importantes son las propiedades ffsicas del lfquido, el caudal del lfquido, el voltaje aplicado, la geometna usada del sistema, y la resistencia dielectrica del medio ambiente. Las propiedades ffsicas esenciales del lfquido son su conductividad electrica, tension superficial y viscosidad. Un aparato de electropulverizado esta formado tfpicamente de un capilar, boquilla de presion, boquilla rotatoria o atomizador, que alimenta el lfquido de recubrimiento, y un plato colector, que porta el sustrato a recubrir. Una diferencia de potencial electrico se conecta entre el capilar y el plato.

La diferencia potencial entre el plato y el final del capilar que suministra el lfquido de recubrimiento es de varios miles de voltios, tfpicamente docenas de kilovoltios. Las gotas emitidas se cargan y pueden neutralizarse si fuera necesario por diferentes metodos. Su tamano vana, dependiendo de las condiciones usadas.

El electrohilado, justo como el electropulverizado, usa un campo electrico de alto voltaje. Ademas de gotas solidificadas como en el electropulverizado, se forman tambien fibras solidas a partir de un fundido o disolucion de polfmero, que se reparte a traves de una boquilla de escala milimetrica. Las fibras, gotas y/o gotas encadenadas resultantes se recogen en un plato a tierra o cargado de forma contraria. Con el electrohilado, las fibras pueden producirse a partir de polfmeros sencillos ademas de mezclas de polfmeros.

El electrohilado puede usarse para producir fibras continuas ultra-finas, cuyos diametros oscilan de nanometros a unos pocos micrometres. El pequeno diametro proporciona pequeno tamano de poro, alta porosidad y alta area superficial, y una alta longitud a la relacion de diametro. Los productos resultantes estan normalmente en la forma de tela no tejida. El pequeno tamano y la forma no tejida hacen a las fibras electrohiladas utiles en aplicaciones variadas.

En un procedimiento de hilado varios parametros afectan a las fibras resultantes obtenidas. Estos parametros pueden categorizarse en tres tipos principales, que son disolucion, procedimiento y parametros ambientales. Las propiedades de la disolucion incluyen concentracion, viscosidad, tension superficial, conductividad y peso molecular, distribucion de peso molecular y arquitectura del polfmero. Los parametros del procedimiento son el campo electrico, la distancia de boquilla a colector, geometna de la boquilla, numero de boquillas, presion de aire/gas y la velocidad de alimentacion. Las propiedades ambientales incluyen temperatura, humedad y velocidad del aire en la camara de hilado.

A continuacion, las caractensticas tecnicas mas importantes de la invencion se describen. El procedimiento reivindicado se refiere a un metodo para controlar la adhesion de una superficie de un sustrato por deposicion electrostatica de una cantidad traza de partfculas en dicha superficie de dicho sustrato. Es especialmente deseable disminuir el contacto y debilitar deliberadamente la union entre las capas de productos de papel o carton multicapas, reducir la friccion o evitar de otra forma que las superficies se peguen.

La deposicion puede ser directa o indirecta. Cuando se deposita directamente, la partfcula abandona la boquilla de pulverizado, encuentra la superficie del sustrato a recubrir y se fija en ella. En el metodo indirecto, las partfculas se depositan primero en un vefuculo y despues se transfieren a la superficie del sustrato desde dicho vefuculo.

La deposicion electrostatica de una cantidad traza de partfculas en dicha superficie de dicho sustrato proporciona el resultado deseado, especialmente cuando el agente es un lubricante de capa lfmite. Estos compuestos incluyen algunos lubricantes nativos o sinteticos, ceras, jabones, adhesivos y otros. Los agentes de recubrimiento estudiados de forma experimental comprenden almidon modificado o no modificado, estireno/acrilato, estireno/butadieno, estireno/acrilonitrilo o adhesivos tales como AKD (dfmero de alquilceteno), ASAS, adhesivo de resina o diferentes lubricantes tales como estearato de calcio, trigliceridos organicos, polietilenglicol, poli(oxido de etileno), polietileno y diferentes pigmentos, tales como carbonato de calcio, caolm, almidon, sflice, bentonita, etc., abrillantadores opticos y colorantes y mezclas de los mismos. El peso de recubrimiento dicho depositado en el sustrato puede variar oscilando de 0,00001 a 1,0 g/m2, preferiblemente de 0,0001 a 0,5 g/m2. Se alcanzan medidas totales incluso mas pequenas, cuando solo parte del area medida se deposita, es decir, el recubrimiento se ajusta localmente o

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

aumentando la velocidad de la red a la misma productividad en masa por segundo. Esto puede hacerse variando el voltaje o protegiendo la superficie del sustrato parcialmente.

Como se describe aqm, el sustrato preferido es preferiblemente un precursor o papel o carton acabado, o un producto de los mismos. Un tipo preferido de sustrato es celulosa o madera que contiene <300 g/m2 de carton no recubierto o recubierto (garde) producido por medio de procedimientos de papel humedo normales. Tfpicamente, las aplicaciones necesitan sustrato multicapa, que de forma aconsejable tiene como la superficie externa una capa resistente a la humedad, tal como plastico. Por papel se entiende cualquier lamina fieltrada o apelmazada que contiene como un constituyente esencial fibras de celulosa. Los productos procesados de la misma pueden ser redes o laminas cortadas para ajustarse al uso particular o cualquier producto tridimensional del material mencionado antes.

El sustrato multicapa recubierto segun esta invencion puede formarse opcionalmente depositando primero la cantidad traza de las partmulas en una capa seleccionada o una combinacion de capas que se mezcla(n) adicionalmente con aun otra u otras capas mediante procedimientos conocidos en la tecnica. Las partmulas depositadas segun esta invencion, pueden permanecer en una de las superficies del sustrato acabado o como se procesa entre las capas.

Con los sustratos de papel el recubrimiento podna depositarse en lmea en una maquina de fabricacion de papel o como una parte de o como un procedimiento fuera de lmea separado. Los sub-procedimientos posibles en lmea donde la deposicion podna tener lugar estan despues de calandrar y antes de enrollar. Para los procedimientos fuera de lmea, las posiciones apropiadas incluyen abertura del rollo, corte de laminas troqueladas, antes o despues de la impresion, justo antes del moldeo o posiblemente antes o despues de rellenar el envase.

En el metodo de la invencion, la deposicion electrostatica puede ser por pulverizado electrostatico, por lo que las partmulas estan en la forma de gotas lfquidas o partmulas dispersas en la fase gaseosa. Entonces las gotas lfquidas forman una disolucion, una emulsion o dispersion del agente de recubrimiento en un disolvente o medio de emulsion.

Otra opcion es que la deposicion electrostatica se electrohila, por lo que al menos una parte de la capa de imprimacion esta en forma de fibras dispersas en la fase gaseosa. Las fibras se forman a partir de una disolucion o una emulsion o dispersion del material de imprimacion en un disolvente o medio de emulsion. El disolvente se selecciona de sistemas de disolvente acuoso y preferiblemente contiene agua o una mezcla que contiene agua y un alcohol.

Para los propositos de la invencion, el voltaje electrostatico usado esta entre 1 y 500 kV, preferiblemente entre 10 y 50 kV, y la distancia entre la fuente de imprimacion y el sustrato esta entre 100 y 1000 mm, preferiblemente entre 200 y 500 mm, lo mas preferiblemente de manera que el campo electrico este entre 1 y 4 kV/cm.

El sustrato de papel o carton tratado segun el metodo descrito anteriormente tiene varias caractensticas valiosas. La cantidad de las partmulas se adapta para ajustar tanto el procesado como el uso final. Incluso cuando se trata segun la invencion el sustrato puede poseer segmentos que no tienen recubrimiento y por otro lado segmentos con cantidades traza adaptadas de recubrimiento seleccionado. Puede incluso poseer en su superficie o entre capas varios recubrimientos depositados espedficamente en diferentes segmentos.

El metodo de la invencion puede usarse para la deposicion electrostatica de una cantidad traza de partmulas en una superficie de un sustrato para controlar el contacto de dicha superficie de dicho sustrato a otra superficie. Una realizacion esta controlando la adhesion de dicha superficie. Preferiblemente el uso ayuda a la disminucion de la adhesion/debilitamiento del contacto. Las partmulas usadas son beneficiosamente de un lubricante de capa lfmite.

Una realizacion de la invencion es depositar lubricantes de capa lfmite en superficies de sustrato de papel o carton. Estos compuestos como polvos, se conocen y se usan ampliamente en muchos campos. Los compuestos incluyen por ejemplo estearato de calcio, estearato de magnesio y talco. Segun el metodo y uso de la invencion, estos compuestos se depositan en la superficie diana solubilizados o dispersos en un disolvente adecuado en vez de polvo fino tradicional. La concentracion de lubricante que queda en el sustrato es considerablemente menor y la aplicacion puede ajustarse solo y de forma precisa a los objetivos elegidos.

La lubricacion de capa lfmite se da cuando un fluido no puede convertirse una pelmula fluida completa, es decir, lubricacion hidrodinamica, permitiendo el contacto ocasional entre puntos altos, conocidos como asperezas, de superficies de desgaste. Ejemplos de cuando esto puede darse son durante el encendido o apagado del equipo, cuando el soporte puede operar en condiciones de capa lfmite mas que de pelmula totalmente fluida, o en contacto con rueda dentada o en desgaste redproco (posiblemente valvula del vehmulo en el sitio de valor).

Por lubricantes de capa lfmite se refieren aqm a moleculas de superficie activa, que forman capas orientadas verticalmente en las superficies del sustrato y soportan la carga entre dos de dichas superficies durante el deslizamiento. La friccion se determina entonces mediante las interacciones entre las capas, que son mas debiles que las interacciones entre las superficies del sustrato y asf dan una friccion mas baja. Esto significa que la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

capacidad de un tensioactivo de disminuir la friccion depende de su orientacion molecular en la superfine. La tendencia a formar capas orientadas verticalmente mejora con el aumento de la longitud de la cadena del tensioactivo debido a la cohesion mas fuerte entre las cadenas. La resistencia al desgaste de una capa depende de la densidad del envasado de las moleculas de tensioactivo individuales y esto tambien aumenta con el aumento de la longitud de la cadena de hidrocarburo (C18-C20). Las irregularidades estructurales en la cadena de hidrocarburo de un tensioactivo, tal como torceduras debido a dobles enlaces en acidos grasos insaturados interrumpen el orden de la capa y disminuyen su estabilidad. Preferiblemente el lubricante de capa lfmite se selecciona de acidos grasos insaturados C15-C21 o derivados de lactona o sales metalicas o jabones de los mismos.

Segun Garoff et al. (referencia), los hidrocarburos lineales de cadena larga con un grupo de cabeza polar, tal como acidos grasos saturados de cadena larga y alcoholes grasos de cadena larga con mas de 15 atomos de carbono en la cadena de carbono y esteroles de la madera, son lubricantes eficientes de las superficies de papel porque pueden formar pelfculas moleculares ductiles en las superficies y por tanto actuar como lubricantes de capa lfmite. Lubricantes de capa lfmite especialmente adecuados para disminuir la friccion de papel a papel son los compuestos lipofilos de baja masa molecular (LLC) que se dan en la madera, pulpa y papel.

Ejemplos practicos de esta realizacion incluyen el moldeado de una lamina troquelada de papel o carton en una bandeja. Aqrn la friccion esta reducida a dianas elegidas para mejorar el rendimiento de moldeo. El efecto correspondiente es igualmente util para procesar cartones de lfquido, tales como cartones de leche durante la formacion de la forma de envase deseada. En esta realizacion, el sustrato es una lamina troquelada de molde en donde la deposicion de las partfculas disminuye la friccion durante el moldeado de dicha lamina troquelada en dicho molde util como un envase para comida. Preferiblemente se deposita en el borde en bruto cortado de una lamina troquelada de molde en donde el revestimiento evita la absorcion en el material de envasado.

Una realizacion espedfica de la invencion es usar la invencion para controlar la adhesion de los papeles retirables, que se describen como sigue. Los papeles retirables tienen como objetivo mantener el material adhesivo o pegajoso libre de suciedad y otras impurezas. Los papeles retirables se usan como papel protector para las etiquetas auto- adhesivas. Estos grados se usan tambien para materiales pegajosos de envasado y como papeles moldeados. Por tanto, el sustrato puede ser un papel retirable o un papel de etiqueta.

Especialmente, para envasar materiales pegajosos e incluso alimentos, la invencion da claramente un beneficio con menor friccion y menos pegajosidad que da propiedades de separacion mejoradas. Las propiedades beneficiosas muestran por ejemplo como soporte de carga durante la compresion.

Con papel de etiqueta se entiende aqrn papel disenado para fijarse a otro trozo de papel u otro objeto, tfpicamente mediante la accion de una capa de adhesivo en la parte trasera de la etiqueta.

Experimental

Los papeles con la superficie de polfmero (PE, PP, PET) se recubrieron con diferentes compuestos qrnmicos con tratamiento de e-hilado, e-pulverizado y pulverizado. Los agentes de recubrimiento usados fueron almidon, estireno/acrilato, estireno/butadieno, estireno/acrilonitrilo o adhesivos tales como AKD (dfmero de alquilceteno), ASAS, adhesivo de resina o diferentes lubricantes tales como estearato de calcio, trigliceridos organicos, polietilenglicol, poli(oxido de etileno), polietileno y diferentes pigmentos, tal como carbonato de calcio, caolm, almidon, sflice, bentonita, etc., abrillantadores opticos y colorantes y mezclas de los mismos. El recubrimiento se aplico en la superficie del polfmero del sustrato o en el lado contrario como una cantidad de 0,0001 a 1,0 g/m2.

Los parametros tfpicos para el pulverizado electrostatico se muestran en la tabla 1. Estos incluyen viscosidad de Brookfield [cPa], campo electrico [kV] y distancia entre la boquilla y la muestra recubierta.

Tabla 1. Parametros para el pulverizado electrostatico.

Agente de recubrimiento: Viscosidad [cP] Campo ±[kV] Distancia [mm]

Mezcla de estearato de calcio/PEO: 170 20 400

Cera AKD mezclada con etanol: Aproximadamente 600 30 300

AKD/PCC (50/50): Aproximadamente 500 40 400

Las superficies recubiertas por pulverizado electrostatico se presentan en figuras. La pobre adhesion es visible ya que las partfculas de agente de recubrimiento tienen contacto relativamente debil con el sustrato. El agente de recubrimiento se ha depositado como partfculas o fibras o pelfculas discontinuas, mas que formando pelfculas continuas o capa(s) uniforme(s) en la superficie recubierta. Los resultados de pulverizado electrostatico y electrohilado fueron relativamente similares.

La dispersion de estearato de calcio se transfirio con exito al sustrato con las diferentes tecnicas. Las bajas temperatures de tratamiento redujeron el desarrollo y fusion de las partfculas a pesar del control preciso de areas preferidas en los sustratos.

Ejemplo de aplicacion. Bandejas de carton moldeadas.

5 Las bandejas para envases de alimento se fabricaron de carton con capas de polfmero, cortando primero laminas troqueladas y despues presionandolas entre moldes para formar tazas. Cuatro agentes de recubrimiento se ensayaron por su capacidad para reducir la friccion entre el molde y la lamina troquelada. El exito en la oposicion a la friccion da por resultado mejor moldeado, velocidad de produccion aumentada, menos rasgado menor numero de bandejas parcial o totalmente rotas. En este experimento, un lubricante se aplico segun la invencion en la superficie 10 de las esquinas o tanto en las esquinas como los bordes de las laminas troqueladas cortadas inmediatamente. El agente de disminucion de friccion se solubilizo. La aplicacion se realizo con aparato de electrohilado.

Tabla 2. Resultados de formacion de bandeja

Punto de ensayo: Area de tratamiento Bandejas muy rotas Bandejas parcialmente rotas

Sin tratamiento: -- 11% 89%

Estearato de Ca 0,01 g/m2: Esquinas y bordes 0% 0%

Estearato de Ca 0,1 g/m2: Esquinas 50% 50%

Estearato de Ca 0,1 g/m2: Esquinas y bordes 0% 0%

AKD 0,01 g/m2: Esquinas 0% 23%

AKD 0,01 g/m2: Esquinas y bordes 0% 6%

AKD 0,1 g/m2: Esquinas 0% 23%

AKD 0,1 g/m2: Esquinas y bordes 0% 8%

AKD+PCC 0,01 g/m2: Esquinas 0% 24%

AKD+PCC 0,01 g/m2: Esquinas y bordes 0% 12,5%

AKD+PCC 0,1 g/m2: Esquinas 6% 24%

AKD+PCC 0,1 g/m2: Esquinas y bordes 8% 17%

Los resultados muestran moldeo aumentado para bandejas recubiertas con estearato de calcio o cera AKD. Los 15 resultados de este experimento tambien animan a anadir el agente de disminucion de friccion tambien a los bordes de la lamina troquelada ademas de a las esquinas para asegurar el moldeo deseado.

Solo la mezcla de cera AKD y talco no rindieron como se quena cuando se aplica un recubrimiento por electrohilado. Dicha mezcla termino como una superficie muy desigual y por lo tanto no era adecuada para recubrimiento. El estearato de calcio se anadio a la hidrofilicidad de la lamina troquelada. Por el contrario, la cera AKD contribuyo a la 20 lubricacion como hizo tambien la mezcla de AKD/PCC. Con la ultima, el peso de recubrimiento 0,01 g/m2 no tuvo practicamente efecto en el angulo de contacto con agua. La hidrofobicidad como una caractenstica de contacto se midio a partir de muestras tratadas segun el metodo de invencion. Los angulos de contacto medidos para diferentes recubrimientos y para diferentes pesos de recubrimiento se presentan en la tabla 3.

Tabla 3. Efecto en la reactividad superficial.

: Peso del recubrimiento [g/m2] Angulo de contacto con agua [°]

Referencia (sin tratamiento): - 89,68

Estearato de Ca: 0,01 86,95

Estearato de Ca: 0,10 85,01

Cera AKD: 0,01 93,38

: Peso del recubrimiento [g/m2] Angulo de contacto con agua [°]

Cera AKD: 0,10 100,18

AKD/PCC: 0,01 89,54

AKD/PCC: 0,10 97,69

Lista de abreviaturas usadas en las figuras

11 partfculas depositadas

12 cavidad en la superficie

5 13 perfil superficial de un sustrato de papel o carton

14 una gota de agua

15 fibra de celulosa de corte cruzado

16 cresta cargada de forma negativa de una fibra de celulosa

Claims

5

10

15

20

25

REIVINDICACIONES

1. Metodo para controlar el area de contacto de la superficie de un sustrato de papel o carton o un producto del mismo, depositando de forma electrostatica una cantidad traza de partfculas para formar una(s) capa(s) en dicha superficie, en donde dichas partfculas comprenden lubricantes de capa lfmite y dichas partfculas se depositan en la superficie diana solubilizadas o dispersas en un disolvente o vehnculo lfquido adecuado, en donde dicho control no se prepara.
2. Metodo segun la reivindicacion 1 en donde dichas partfculas se depositan en una cantidad que oscila de 0,00001 a 1,0 g/m2, preferiblemente de 0,0001 a 0,5 g/m2
3. Metodo segun la reivindicacion 1 o 2 en donde dichas partfculas soportan la carga entre dicha superficie y otra superficie similar o distinta durante el deslizamiento.
4. Metodo segun la reivindicacion 1 o 2 en donde dichas partfculas soportan la carga entre dicha superficie y otra superficie similar o distinta durante la compresion.
5. Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores en donde dicha area de contacto de la superficie es entre solido y lfquido o entre solido y solido.
6. Metodo segun la reivindicacion 1 donde dichas partfculas comprenden un agente que proporciona uno o mas efectos seleccionados de: liofilicidad, liofobicidad, hidrofobicidad, hidrofilicidad, lipofilicidad, lipofobicidad, oleofobicidad, oleofilicidad y lubricacion de capa lfmite.
7. Metodo segun la reivindicacion 1 donde el lubricante de capa lfmite se selecciona de acidos grasos insaturados C15-C21 y derivados de lactona y sales metalicas y jabones de los mismos.
8. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde dicha capa es mas debil que las interacciones entre el sustrato y la superficie con la que esta en contacto.
9. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde dichas partfculas se depositan directamente en la superficie de dicho sustrato o indirectamente, depositando las partfculas primero en un vefnculo seleccionado de rollo o cinta, y transfiriendo en segundo lugar dichas partfculas sobre la superficie de dicho sustrato.
10. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la deposicion electrostatica se selecciona de electrohilado y electropulverizado.
11. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el contacto entre la superficie del sustrato y otra superficie se debilita.