ES2690547B1

ES2690547B1 - Composición mineral y su uso como aditivo para la fabricación de muebles de cartón embalajes y/o envases

Info

Publication number: ES2690547B1
Application number: ES201700466A
Authority: ES
Inventors: Marza José Antonio Sivera; Agusti Juan Carlos Llobregat
Original assignee: Primlab Global SL
Current assignee: Primlab Global SL
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: ES2690547A1; WO2018178462A1

Description

DESCRIPCIÓN

Composición mineral y su uso como aditivo para la fabricación de muebles de cartón embalajes y/o envases.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está indicada como aditivo para la fabricación de embalajes y/o envases que permite funcionar como aislante térmico, antihumedad (acción estabilizadora), ignifugo (contribución al fuego limitada) y antimicrobiano. Asi los embalajes, envases (de papel, cartón y materiales poliméricos) y muebles de cartón fabricados con nuestra composición mineral derivada de piedras ígneas, con propiedades que mantienen los productos en estado óptimo de humedad, temperatura, ignifugo e inhibiendo el crecimiento microbiano, preservando las cualidades de los productos, minimizando el impacto medioambiental además de su fácil reciclado.

La composición mineral se añade en el proceso de mezclado en la fabricación de la pasta de celulosa o de materiales poliméricos con un porcentaje específico (entre un 1% a un 15% en peso), es la solución más económica y ecológica existente en el mercado.

La presente invención va destinada a los sectores de embalajes, envases (cartón o plásticos) y de muebles de cartón.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Es bien conocido que los envases y empaquetados utilizados en la actualidad generan una gran controversia a nivel del impacto medioambiental, por la sobreexplotación de recursos no biodegradables o renovables. Un número cada vez mayor de consumidores exige que los envases y empaquetados sean reciclables y más seguros. El empaquetado reciclable es una de las prioridades del público a la hora de comprar productos, pues se ve como factor protector del medioambiente.

Los consumidores y legisladores están cada vez más concienciados acerca del empaquetado. Esta tendencia es particularmente notable en Europa. En Holanda, por ejemplo, se aplica un impuesto a los fabricantes de envases conforme a la media de emisiones de CO²de los materiales que emplean - de 36 a 57 céntimos de euro por kilogramo de empaquetado de aluminio, 6 céntimos de euro por cartón

El cartón es un material que se fabrica a partir de varias capas de papel superpuestas. El cartón se recicla en el contenedor azul y de esta forma se puede aprovechar de nuevo. Pero también puede utilizarse para crear muebles. En la actualidad, los consumidores compran todo tipo de mobiliario de cartón por su originalidad y su coste más económico.

Hay cuatro formas de contaminación por agua en un contenedor o paquete cerrado:

1) vapor de agua en el aire dentro del paquete;

2) vapor de agua absorbido por los materiales dentro del paquete;

3) vapor de agua en las paredes del paquete; y

4) el vapor de agua que entra a través del paquete.

Actualmente, en el mercado existen una gran variedad de productos desecantes o absorbentes, tales como: arcilla montmorilonita, gel de sílice, tamiz molecular o zeolita sintética, óxido de calcio (CaO), sulfato de calcio (CaS04) etc. De entre estos productos se debe escoger el más adecuado para cada aplicación. Sin embargo, debido a las medidas de conservación de los productos (temperatura y humedad relativa -HR) y para evitar el vapor de agua en forma de condensación, es necesario mantenerlos en un nivel óptimo de humedad y no existen productos que abarquen todos los parámetros adecuados para evitar dicha humedad.

La medida más útil que combina la temperatura y la HR es el punto de condensación. El punto de condensación es la temperatura en la cual el contenido del vapor de agua en el aire excede saturación y el exceso de agua se exprime formando condensación de agua. Un ejemplo de condensación del aire a 0°C no puede mantener más de 4,84 g/m3 de vapor de agua; a 40°C el aire no puede mantener más de 50,7 g/m3 de vapor de agua. Un desecante eficaz absorberá el vapor de agua en el aire, bajando la HR al punto de que el agua no puede condensarse.

Debido a que muchos productos destinados al sector de la alimentación requieren mantenerse a una temperatura óptima, se suelen refrigerar en neveras industriales. Esto puede generar un deterioro considerable de los productos almacenados, debido al incremento de humedad y/o aparición de hongos perjudiciales (a partir de 40% de HR), tales como Penicillium digitatum, Rhizopus stolonifer, Aspergillus spp Así mismo, muchos productos de bollería y panadería industrial suelen venderse en bolsas de papel kraft para preservar la frescura y facilitar el transporte de dichos productos por el consumidor, pero la perdida de humedad de los productos frescos merma sus propiedades.

Son conocidos en el mercado las bolsas desecantes de gel de sílice, que se utilizan para la absorción de humedad, pero además de tener unos costes elevados en su fabricación, también son conocidas por su toxicidad por el polvo que crea varios de sus compuestos, el cloruro de cobalto, el oxido de sílice, que puede generar silicosis al respirarlos {que provoca tos, fiebre y dificultad para respirar y que suele evolucionar a fibrosis pulmonar) y tienen un impacto medioambiental, además de los costes elevados para el uso industrial.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El calor y la humedad son dos factores fundamentales para el crecimiento microbiano. Actualmente, los productos existentes en el mercado como envases, embalajes de celulosa y/o bandejas de materiales poliméricos destinados a contener productos cotidianos (ej. cajas de galletas, embalajes electrónicos, medicamentos, bandejas de frutas y carnes etc.) ninguno tiene las cualidades descritas en la presente invención.

La presente invención se caracteriza por las propiedades del aditivo, una composición mineral en los embalajes, envases de pasta de celulosa, fabricación de muebles de cartón y materiales poliméricos, que hacen cuatro propiedades muy importantes, la propiedad térmica, propiedad ignifuga, la propiedad antihumedad (estabilizadora), la propiedad antimicrobiana y de fácil reciclaje, respetando el medio ambiente y con un bajo coste de fabricación, además de alargar la vida útil del producto. Preferiblemente, proveniente de rocas ígneas homogeneizadas

Los principales minerales de nuestra composición son preferiblemente procedentes de rocas ígneas, rocas sedimentarias y metamórficas (magnesio, hierro, aluminio, oxido de calcio, dióxido de silicio), que son mezclados en la fabricación de pasta de celulosa y/o materiales poliméricos entre un porcentaje de un 1% a un 15% en peso y con un diámetro de partículas entre un 50 nm y 1000 pm.

El uso de la composición mineral, representa una gran ventaja económica para estos tipos de embalajes, envases y muebles, ya que al integrar homogéneamente la composición mineral con la pasta de celulosa o en materiales poliméricos, hacen que la interacción entre la red de celulosa o materiales poliméricos y la composición mineral sea uniforme y regule la humedad por las propiedades de los minerales de nuestra formulación (MgFeCaOAI)6Si02 ricos en Mg {entre un 1 y un 25%), Fe (entre un 1 y un 23%), CaO (entre un 1 y un 25%), Al (entre un 0,1 y un 11%) y S¡02 (entre un 16 y un 75%), que posee un coeficiente de conductividad térmica de alrededor de 0,20 W/(K m), resultando en la mejora de la regulación de la humedad (como absorbente, por su estructura nanoporosa) en el interior del embalaje o envase debido a las interacciones químicas entre la composición mineral y la HR del producto.

De entre los materiales poliméricos, los termoplásticos son polímeros lineales, que pueden estar ramificados o no, puesto que no se encuentran entrecruzados son polímeros solubles en algunos disolventes orgánicos, son capaces de ser fundidos y son, por tanto, reciclables. Si los comparamos con los demás tipos de plásticos, los termoplásticos se fabrican y emplean en cantidades muy grandes y entre ellos los más frecuentes son polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS), poliestireno expandido (PSE), polivinilo de cloruro (PVC) etc. De hecho, más de la mitad de la cifra total de plásticos procesada corresponde a los cinco plásticos citados.

Nuestra composición mineral tiene la propiedad ignífuga, que aplicados sobre embalajes, envases y muebles de cartón retardan las consecuencias de la ignición del producto, porque la naturaleza de los ingredientes de nuestra invención se deriva de rocas Ígneas, cuyos elementos químicos pueden soportar temperaturas muy altas.

En la alimentación, uno de los principales problemas son las contaminaciones por la emisión de micotoxinas, derivadas de los hongos (microbios). Entre los más perjudiciales se encuentran los Penicillium digitatum, Rhizopus stolonifer, Aspergillus spp, Fusarium spp etc., que crecen en una humedad relativa alta (entre 50% a 90% de HR). El uso de nuestra invención contrarresta los efectos de la humedad y el calor, por lo que reduce las posibilidades de crecimiento microbiano en los envases o embalajes principalmente destinados al uso humano.

La capacidad de absorción del producto con una HR entre el 20% y el 90% oscila entre un 10% y un 45% sobre su peso en agua. A una temperatura ambiental de 22° C y una HR del 40% la capacidad de absorción es de un 20±3%.

Además, la composición mineral tiene la capacidad de regular la humedad, cuando el producto se almacena en un ambiente húmedo, la composición mineral absorbe humedad hasta un 50% de su peso en agua. Si las condiciones de almacenaje de los productos embalados / envasados cambia a una humedad menor, la composición mineral libera lentamente la cantidad de agua retenida en su estructura, haciendo que el contenido del producto almacenado mantenga las condiciones de humedad óptimas Este proceso es debido a la permeabilidad que tiene la porosidad del compuesto mineral entre K < 10-6 - 10^ m .s1.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una composición formada preferentemente por unas composiciones de minerales, preferiblemente extraídos y seleccionados de rocas ígneas, (con la siguiente composición mineral (MgFeCa0AI)6S i02) usadas para la producción de embalajes, envases (de papel, cartón y materiales poliméricos), asi como muebles de cartón, con unas propiedades que mantienen los productos en estado óptimo de humedad, temperatura, protección ignifuga e inhibiendo el crecimiento microbiano, con un porcentaje de nuestro compuesto mineral mezclado en el proceso de fabricación de los productos de entre 1% a un 15% en peso y con un diámetro de partículas entre un 50 nm y 1000 pm.

Ejemplo 1:

Como ejemplo de dicha invención se hace mención a un envase de cartón de 200 gr aproximadamente con un 2% en peso (4 gr/U de nuestra composición mineral) (Mg al 10%, Fe al 6%, CaO al 10%, Al al 2% y S¡02 al 72%) con un diámetro de partículas de 400 pm de nuestra composición mineral. Este porcentaje se añade en el proceso de fabricación en el extremo húmedo (en la fase - tina de mezcla) junto los otros aditivos (encolantes, blanqueantes, agentes de carga, fibras etc.) siguiendo las condiciones industriales estándar para su fabricación. Con estos minerales, los productos contenidos en dicho envase preservan un estado óptimo de humedad, protección ignifuga, inhibición de microbios y aislante térmico.

Ejemplo 2:

Otro ejemplo de fabricación de embalajes es el papel kraft en formato de bolsas de papel, que se utilizan para vender el pan después de ser horneado. Se fabricaron 5 bolsas de papel kraft de 5 gr cada una y se añadió nuestra composición mineral (Mg al 8%, Fe al 8%, CaO al 15%, Al al 2% y S i02 al 67%) con un porcentaje del 3% en peso (150 mg/U de nuestra composición mineral) y con un diámetro de partículas de 200 pm. Este porcentaje se añade en el proceso de fabricación en el extremo húmedo (en la fase - tina de mezcla) junto los otros aditivos (encolantes, blanqueantes, agentes de carga, fibras etc.) siguiendo las condiciones industriales estándar para su fabricación.

Se realizó un estudio con 10 panes recién horneados (condiciones industriales estándar) con una HR del 45% y estado crujiente del pan (se consideró muy crujiente al tacto, otorgándole una valoración subjetiva de 5/5), se introdujeron 5 panes en bolsas de papel kraft fabricadas con nuestra composición mineral (grupo estudio) conteniendo un 3% en peso. Así mismo, se introdujeron 5 panes en bolsas de papel kraft sin nuestra composición mineral (grupo control) para hacer comparaciones de humedad y estado de frescura entre 12 hr y 24 hr.

A las 12 hr se observó en el grupo estudio, que el producto (pan) tenía una HR de 43%, medias con un aparato de medición de humedades trotee® y aún estaban crujientes (4/5), comparado con el grupo control, se midió un 41% de HR y crujientes (3/5). A las 24 hr se observó que los panes del grupo estudiado tenían una HR de 39% y un estado crujiente (2/5), comparando con el grupo control, observando una HR de 34% y un estado que no ya podía ser considerado “crujiente" (0/5).

Se observó que las bolsas kraft con nuestra composición mineral aguantaban más la humedad, comparado con el grupo control y mantenían durante más tiempo el producto (pan) crujiente, estando el pan en el grupo control blando.

Ejemplo 3:

Otro ejemplo de fabricación es el uso de los termoplásticos que se utilizan en las bandejas para productos de alimentos, en medicinas, aparatos eléctricos etc. Como ejemplo de fabricación de termoplástico - el polietileno (PE), destinado como bandeja de 10 gr de peso para la carne envasada, se añade nuestra composición mineral (Mg al 15%, Fe al 8%, CaO al 15%, Al al 2% y SÍO²al 60%) con un porcentaje del 5% en peso (500 mg de nuestra composición mineral) y con un diámetro de partículas de 300 pm.

Se realizó un experimento con bandejas de polietileno (PE) para comprobar la propiedad térmica y la estabilización de la humedad en el interior de la bandeja. Se fabricaron 5 bandejas con el compuesto mineral y 5 sin dicho compuesto.

Se envasaron en las 10 bandejas con 1 manzana en cada bandeja y se cerraron todas las bandejas con papel film de plástico transparente con una temperatura ambiental de 28°C y una HR de 80%. A las 6 horas se comprobaron dos bandejas con la composición mineral y dos sin la composición mineral habiendo una HR ambiental de 84% y una temperatura de 26°C. Se midió la humedad y la temperatura con un medidor (Trotee T210), y se comprobó que en las dos bandejas que tenían el compuesto mineral la HR interior era de 60%, mientras que en las dos bandejas sin el compuesto mineral la HR interior era de 79%.

A las 24 h, se analizaron las siguientes seis bandejas (tres con el compuesto mineral y tres sin el compuesto mineral) con una temperatura ambiental de 30°C y una HR del 82%. Se observó que las bandejas con el compuesto mineral tenían una HR entre 57% y 59%, las otras bandejas sin el compuesto mineral tenían una HR de entre 78% y 80%.

De esta forma se pudo observar que el compuesto mineral regula significativamente la HR en el interior del embalaje. Una forma de aplicación industrial es añadiendo el compuesto mineral en el proceso de agitación con el mezclado del catalizador (peróxido benzoico).

Ejemplo 4:

Se fabricaron 10 tabletas de celulosa en forma de galleta de un 1 cm de grosor cada una, 5 tabletas con el compuesto mineral (Mg al 10%, Fe al 6%, CaO al 10%, Al ai 2% y SÍO²al 72%) a un 5% en peso y un tamaño de grosor del compuesto mineral de 400 pm, con un peso aprox. de 27 gr y 5 tabletas sin el compuesto mineral con un peso aprox de 25 gr, para comprobar las consecuencias de la ignición del producto.

Se aplicó una llama constante de fuego durante 2 min a 1600°C y se observó que las 5 tabletas con el compuesto mineral no llegaban a arder, sino que solamente desprendían humo. Se incrementó el tiempo de exposición al fuego a una llama constante de 5 min y el resultado fue el mismo, solamente humeaba.

Se aplicó una llama constante de fuego durante 1,5 min a 1600°C con las otras tabletas sin la composición mineral. Se observó que, durante este tiempo de exposición al fuego, las tabletas empezaron a arder hasta consumir toda la celulosa.

De esta manera, se pudo observar que el compuesto mineral tiene un mejor comportamiento frente al fuego, es decir, que el material es combustible, pero no inflamable.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Composición mineral para la fabricación de embalajes, envases y muebles de cartón de celulosa y materiales poliméricos cuya composición comprende ai menos magnesio (entre un 1 y un 25% en peso), hierro (entre un 1 y un 23%), monóxido de calcio (entre un 1 y un 25%), aluminio (entre un 0,1 y un 11%) y dióxido de silicio (entre un 16 y un 75%) con un grosor de partículas entre un 50 nm y 1000 pm.

2. Uso de la composición de la reivindicación 1, para la producción de embalajes, envases, muebles de cartón y materiales poliméricos para la estabilización de la humedad, preferiblemente en un porcentaje de 1% a un 15% en peso.

3. Uso de la composición de las reivindicaciones 1, para la producción de embalajes, envases, muebles de cartón y materiales termoplásticos para el aislamiento térmico, preferiblemente en un porcentaje de 1% a un 15% en peso.

4. Uso de la composición de las reivindicaciones 1, para la producción de embalajes, envases, muebles de cartón y materiales termoplásticos como aditivo ignifugo, preferiblemente en un porcentaje de 1% a un 15% en peso.

5. Uso de la composición de las reivindicaciones 1 para la producción de embalajes, envases, muebles de cartón y materiales termoplásticos como aditivo anti microbiano, preferiblemente en un porcentaje de 1% a un 15% en peso.