ES2717623T3 - Material de estucado de papel con propiedades respetuosas con el medio ambiente, de resistencia al agua y de resistencia al aceite, y procedimiento de fabricación del mismo - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Material de estucado de papel con propiedades respetuosas con el medio ambiente, de resistencia al agua y de resistencia al aceite, y procedimiento de fabricación del mismo
ANTECEDENTES
La presente invención se refiere a un material de estucado de papel, y a un procedimiento de fabricación del mismo, y más específicamente, a un material de estucado de papel que es reciclable y, por tanto, respetuoso con el medio ambiente, y que tiene propiedades de resistencia al aceite, de resistencia al agua y de resistencia a la humedad, y a un procedimiento de fabricación del mismo.
En 1907, Houg Moor de los EE. UU. inventó los vasos de papel y anunció que solo los vasos desechables podían garantizar la protección de los seres humanos contra las bacterias. Desde entonces, la gente lleva usando vasos de papel durante más de 100 años porque los vasos de papel son higiénicos y cómodos de usar.
Los recipientes de papel para alimentos, tales como los vasos de papel, deberían ser impermeables, ya que su función básica es que se ponga agua y bebidas en ellos. Actualmente, la mayoría de los vasos de papel se fabrican revistiendo o laminando papel con polietileno (PE). El papel y los vasos de papel estucados con polietileno tienen una excelente propiedad de resistencia al agua y son ventajosos para su producción en serie.
Sin embargo, en la práctica, son muchos los problemas que reviste el reciclaje de vasos de papel estucados con polietileno, en vez de desecharse directamente. Es decir, en un proceso de eliminación del polietileno de los vasos de papel que se van a reciclar, las fibras de pulpa del papel resultan dañadas y se endurecen. Además, en un proceso de eliminación de polietileno, es necesario separar el papel y el polietileno. Sin embargo, la mayor parte del polietileno no se disocia bien en una solución alcalina tal como el hidróxido de sodio y, además, solo se disocia parcialmente, incluso en una solución alcalina a una temperatura de ebullición. Cuando se recicla papel reciclado que tiene polietileno que no está disociado sino aún adsorbido sobre el mismo, el papel que sale de una máquina de fabricación de papel se adhiere a la periferia de un rodillo cuando se somete a un proceso de secado a alta temperatura. Esto hace que la calidad del papel disminuya significativamente y, por lo tanto, que la mayor parte del papel solo se pueda reciclar como papel de baja calidad, tal como papel higiénico.
A medida que ha ido creciendo la demanda de material de estucado de papel respetuoso con el medio ambiente, ha habido muchos intentos de investigación y desarrollo. En la patente coreana n.° 10-1089765 se divulga un procedimiento de fabricación de un material de estucado de papel que tiene propiedades básicas, tales como propiedades de termosellado, de resistencia al agua y de resistencia al aceite, y una propiedad respetuosa con el medio ambiente, por medio de un estucado de látex de copolímero que tiene una estructura de núcleo y cubierta en una instalación de fabricación de papel convencional. Dado que el látex de copolímero divulgado anteriormente es disociable en álcali, se anticipa la posibilidad de reciclado. Sin embargo, debido a las propiedades físicas inherentes del copolímero de látex, se produce un fenómeno de bloqueo según el cual los rollos de papel se pegan entre sí durante el proceso de fabricación a alta temperatura y a alta presión, lo cual dificulta su aplicación a la producción en serie en el proceso de fabricación de papel actual.
En la patente coreana n.° 10-1100954 se divulga un papel para envolver alimentos con énfasis en el respeto al medio ambiente y que se produce a través de un procedimiento de estucado de papel con un líquido de estucado preparado mezclando un agente resistente al aceite a base de flúor y alcohol polivinílico (PVA). Sin embargo, dado que el propio alcohol polivinílico es higroscópico, cuando la absorción de agua aumenta en el papel para envolver alimentos, la propiedad de bloqueo del mismo disminuye radicalmente y se deteriora la resistencia al agua. En la patente coreana n.° 10-1329259 se divulga un papel de envolver con unas propiedades de repelencia al agua y de resistencia al aceite mejoradas mediante la aplicación, a papel kraft, un líquido de estucado preparado mezclando almidón y una emulsión de cera de parafina o una emulsión de polietileno. Sin embargo, no pudo evitarse la permeación de humedad durante un largo período de tiempo.
Los recipientes de papel para alimentos solo pueden ser sustancialmente una alternativa respetuosa con el medio ambiente si los recipientes de papel para alimentos tienen propiedades de termosellado, de resistencia al aceite y de resistencia al agua y pueden ser fabricados fácilmente incluso por una máquina de fabricación de papel convencional. Además, la competitividad en cuanto a los precios es esencial para sustituir los productos de papel convencionales estucados con polietileno. Aún no se ha desarrollado un material de estucado de papel respetuoso con el medio ambiente que tenga semejante multicompetitividad.
Por lo tanto, el autor de la presente invención ha estudiado durante mucho tiempo cómo resolver un problema así y, finalmente, ha desarrollado y llevado a cabo la presente invención a base de probar y cometer errores
SUMARIO
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un material de estucado de papel que sea respetuoso con el medio ambiente gracias a que el material de estucado de papel sea reciclable y que tenga excelentes propiedades de resistencia al aceite, de resistencia al agua y de resistencia a la humedad.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de fabricación de un material de estucado de papel así.
Los objetivos de la presente invención no se limitan a los objetivos mencionados anteriormente, y los expertos en la técnica pueden entender claramente, a partir de la siguiente descripción, otros objetivos no mencionados.
De acuerdo con un modo de realización de la presente invención para lograr el objetivo, un material de estucado de papel incluye: una emulsión de copolímeros en la que se copolimerizan un polímero a base de silicio que tiene una unidad de repetición representada mediante la fórmula 1 mostrada a continuación y un polímero a base de acrilos que tiene una unidad de repetición representada mediante la fórmula 2 mostrada a continuación, en la que partículas incluidas en la emulsión de copolímeros tienen un peso molecular promedio, en peso, de 100000 a 200 000; y una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado para mezclarse con la emulsión de copolímeros.
(en las fórmulas 1 y 2 anteriores, R1 a R4 pueden ser iguales o diferentes y son cada uno, independientemente, hidrógeno o un grupo arilo o un grupo alquilo sustituido o no sustituido).
La relación en peso entre el polímero a base de acrilos y el polímero a base de silicio puede ser de 99:1 a 99,9:0,1.
La relación en peso entre la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico puede ser de 85:15 a 95:5 en función de un extracto seco.
La temperatura de transición vítrea de la emulsión de copolímeros puede ser de entre 300 y 340 °C.
El grado de saponificación del alcohol polivinílico puede ser de un 92 a un 99 % en moles.
De acuerdo con un modo de realización de la presente invención para lograr otro objetivo, un procedimiento de fabricación de un material de estucado de papel incluye los pasos de (a) agregar, a un reactor, agua, un monómero a base de un acrilo, un iniciador, un emulsionante, un tampón y un catalizador de reacción de silicio; (b) agregar un monómero a base de silicio al reactor a una tasa uniforme; (c) producir una emulsión de copolímeros que tiene un peso molecular promedio, en peso, de 100 000 a 200 000 ajustando la temperatura del reactor; (d) poner agua y alcohol polivinílico en un recipiente aparte y agitar para preparar una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado; y (e) agregar la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado a la emulsión de copolímeros.
La relación en peso entre un polímero a base de acrilos y un polímero a base de silicio incluidos en la emulsión de copolímeros puede ser de 99:1 a 99,9:0,1.
La relación en peso entre la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico puede ser de 85:15 a 95:5 en función de un extracto seco.
El catalizador de reacción de silicio puede ser dilaurato de dibutilestaño (DBTDL).
La solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado se puede preparar agregando a agua alcohol polivinílico de entre un 7 y un 15 % en peso y agitando durante de 1 a 10 minutos a una temperatura de 85 a 98 °C. La temperatura de transición vítrea de la emulsión de copolímeros puede ser de entre 300 y 340 °C.
El grado de saponificación del alcohol polivinílico puede ser de un 92 a un 99 % en moles.
En el paso (a), la temperatura del reactor se puede mantener a entre 50 y 70 °C, y en el paso (c), la temperatura del reactor se puede mantener a entre 70 y 90 °C.
En la descripción y los dibujos siguientes se incluyen detalles específicos de otros modos de realización.
Tal y como se ha descrito anteriormente, los productos de papel que usan un material de estucado de papel de acuerdo con la presente invención tienen excelentes propiedades de termosellado, de resistencia al aceite y de resistencia al agua, y son inofensivos para el organismo humano cuando se emplean como recipientes para envasar alimentos o vasos de papel. Los productos de papel estucado son reciclables como materia prima para fabricar papel y son respetuosos con el medio ambiente, ya que el material de estucado es biodegradable. El material de estucado de papel de acuerdo la presente invención se puede usar para fabricar productos de papel, ya que el material de estucado de papel se puede aplicar fácilmente, incluso en una instalación de producción convencional, y son posibles modificaciones adicionales para satisfacer las necesidades del mercado. Además, cuando se usa el material de estucado de papel de la presente invención, se puede esperar conseguir una reducción de costes, ya que los costes de fabricación no son elevados en comparación con los de un material de estucado de polietileno. Cuando se recubre papel base con el material de estucado de papel de acuerdo con la presente invención, el rendimiento de copolimerización de un monómero a base de un acrilo y de un monómero a base de silicio es excelente, de modo que la cantidad de monómero que queda sin reaccionar en el material de estucado es muy pequeña. Además, los monómeros sin reaccionar que quedan en la emulsión de copolímeros se vaporizan en el aire a través de un proceso de purificación y, por lo tanto, pueden eliminarse por completo los olores químicos que pueden estar ocasionados por los monómeros sin reaccionar.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación de papel estucado (Ejemplo comparativo 1) observado durante 14 días, en el que en el papel estucado se utiliza un material de estucado de PE convencional. La FIG. 2 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación del papel estucado de la FIG. 1 (Ejemplo comparativo 1) observado durante 14 días, en el que el papel estucado se ha tratado previamente con radiación UV durante 6 horas antes de la biodegradación.
La FIG. 3 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación de papel estucado (Ejemplo 2) observado durante 14 días, en el que el papel estucado se ha fabricado de acuerdo con un procedimiento de fabricación de la presente invención.
La FIG. 4 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación del papel estucado de la FIG. 3 (Ejemplo 2) observado durante 14 días, en el que el papel estucado se ha tratado previamente con radiación UV durante 6 horas antes de la biodegradación.
La FIG. 5 es una fotografía de la película de estucado de la FIG. 4 observada con un microscopio óptico.
La FIG. 6A es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 600-1600 cm para el Ejemplo comparativo 1.
La FIG. 6B es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 2700-3500 cm para el Ejemplo comparativo 1.
La FIG. 7A es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 600-1600 cm para el Ejemplo 2.
La FIG. 7B es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 2700-3500 cm para el Ejemplo 2.
La FIG. 8 es una fotografía que muestra cambios en un ángulo de contacto de acuerdo con el período de tratamiento con microorganismos anaeróbicos para muestras no tratadas con radiación UV (Ejemplo 2 y Ejemplo comparativo 1).
La FIG. 9 es una fotografía que muestra cambios en un ángulo de contacto de acuerdo con el período de tratamiento con microorganismos anaeróbicos para muestras tratadas con radiación UV (Ejemplo 2 y Ejemplo comparativo 1).
La FIG. 10 ilustra un procedimiento de un experimento analítico para determinar la reciclabilidad del papel estucado de la presente invención.
En la FIG. 11 se muestran los resultados analíticos para el material rechazado por los orificios/ranuras y para el material rechazado por flotación de un tamiz piloto generados durante el proceso del experimento analítico sobre reciclabilidad de la FIG. 10.
La FIG. 12 es una fotografía SEM que muestra la superficie de una capa de estucado antes y después de tratar con calor el papel estucado del Ejemplo 2 y del Ejemplo comparativo 1.
La FIG. 13 es una fotografía SEM que muestra la sección transversal de la capa de estucado antes y después de tratar con calor el papel estucado del Ejemplo 2 y del Ejemplo comparativo 1.
La FIG. 14 muestra los resultados obtenidos de un experimento tras solicitar a una compañía de certificación estadounidense (UL Verification Services, Inc.) la realización del experimento sobre el papel estucado de la presente invención.
En la FIG. 15 se muestran los resultados obtenidos de un experimento tras solicitar a una compañía de certificación global (SGS) la realización del experimento sobre el papel estucado de la presente invención.
La FIG. 16 es una gráfica que muestra los resultados de un experimento para la detección de la presencia de ftalatos, hormonas presentes en el medio ambiente, tras solicitar a una compañía de certificación global (SGS) la realización del experimento sobre el papel estucado de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN PREFERENTES
Las ventajas y características de la presente invención, y la manera de lograrlas, se harán evidentes con respecto a los modos de realización que se describen en detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. Sin embargo, la presente invención puede realizarse de maneras muy distintas, por lo que no debería considerarse que está limitada a los modos de realización establecidos en el presente documento. Al contrario, estos modos de realización se proporcionan para que esta divulgación sea minuciosa y completa, y transmitirán completamente el alcance de la invención a los expertos en la técnica. Pretende proporcionar al poseedor una idea completa del alcance de la invención, y la invención solo queda definida por el alcance de las reivindicaciones. Números de referencia iguales hacen referencia a elementos iguales en todos los dibujos.
A continuación se describirá en detalle la presente invención.
<Material de estucado de papel>
Un material de estucado de papel respetuoso con el medio ambiente de la presente invención incluye: una emulsión de copolímeros en la que se copolimerizan un polímero a base de silicio que tiene una unidad de repetición representada mediante la fórmula 1 mostrada a continuación y un polímero a base de acrilos que tiene una unidad de repetición representada mediante la fórmula 2 mostrada a continuación; y una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado que se mezcla con la emulsión de copolímeros.
En las fórmulas 1 y 2 anteriores, R1 a R4 pueden ser iguales o diferentes entre sí y son cada uno, independientemente, hidrógeno o un grupo arilo o un grupo alquilo sustituido o no sustituido. R1 a R4 pueden incluir un grupo R mostrado en la Tabla 1 mostrada a continuación, pero la presente invención no está limitada a los mismos, y puede seleccionarse de acuerdo con el intervalo de pesos moleculares de la emulsión de copolímeros. La Tabla 1 muestra las posibles formas de R1 a R4 en la fórmula 1 y en la fórmula 2.
[Tabla 1]
En la emulsión de copolímeros de la presente invención, la relación en peso entre el polímero a base de silicio y el polímero a base de acrilos es preferentemente de 0,1:99,9 a 1:99. En este caso, si la relación en peso del polímero a base de silicio fuese mayor que 1, la capacidad de desprendimiento sería demasiado elevada, lo cual haría que apareciesen grietas en una superficie adhesiva a la hora de fabricar papel. Por otro lado, si la relación en peso del polímero a base de silicio fuese menor que 0,1, la adhesividad sería demasiado elevada, lo cual daría lugar a un fenómeno de bloqueo según el cual los productos de papel se pegarían entre sí, lo cual se traduciría en una disminución significativa de la productividad. Las temperaturas de transición vítrea de la emulsión de copolímeros están en un intervalo de 300 a 340 °C, preferentemente de 310 a 330 °C. El peso molecular promedio, en peso, de las partículas incluidas en la emulsión de copolímeros está dentro de un intervalo de 100000 a 200 000. En este caso, si el peso molecular promedio, en peso, fuese inferior a 100000, el material de estucado tendría una buena capacidad de sellado, pero sería demasiado pegajoso, hasta el punto de resultar inadecuado para la producción en serie. Si el peso molecular promedio, en peso, fuese mayor que 200000, mejorarían las propiedades de resistencia al calor y de resistencia al agua del material de estucado, pero su capacidad de sellado disminuiría. El diámetro promedio de las partículas incluidas en la emulsión de copolímeros es de 150 a 250 nm. La emulsión de copolímeros es una emulsión soluble en agua que tiene un extracto seco de un 35 a un 50 % en peso, y puede tener una viscosidad de 5 a 600 cPs. Si la concentración de la emulsión de copolímeros fuese inferior al 35 % en peso, la propiedad de resistencia al agua se reduciría, de manera que se perdería la capacidad del material de actuar como recipiente para contener un líquido, y también se reduciría la propiedad de termosellado, lo cual daría como resultado un defecto en el moldeo de recipientes de papel. Si la concentración de la emulsión de copolímeros fuese superior al 50 % en peso, la fuerza de adhesión sería demasiado intensa, lo cual daría lugar a un fenómeno de bloqueo según el cual los productos de papel se pegarían entre sí.
El monómero a base de un acrilo que se puede usar en la presente invención puede incluir uno o más compuestos seleccionados del grupo compuesto por acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de 2-hidroxietilo, acrilato de propilo, acrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexilo, acrilato de ciclohexilo, metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de hidroxietilo, metacrilato de propilo, metacrilato de n-butilo, metacrilato de ciclohexilo, metacrilato de isobutilo, acrilonitrilo, ácido metacrílico y una combinación de los mismos. Preferentemente, el monómero a base de un acrilo puede incluir una combinación de acrilato de butilo, metacrilato de metilo, metacrilato de hidroxietilo y ácido metacrílico.
El monómero a base de silicio que puede usar en la presente invención puede incluir un compuesto ciclosiloxano seleccionado del grupo compuesto por hexametil-ciclotrisiloxano, octametil-ciclotrisiloxano, decametilciclotrisiloxano, dodecametil-ciclotrisiloxano, trimetil-trifenil-ciclotrisiloxano, tetrametil-tetrafenil-ciclotrisiloxano, octafenil-ciclotrisiloxano y una combinación de los mismos.
El alcohol polivinílico que se puede usar en la presente invención tiene preferentemente un alto grado de saponificación con el fin de mejorar la propiedad de bloqueo de vapor de agua o gas. Por ejemplo, el grado de saponificación del alcohol polivinílico puede ser de un 92 a un 99 % en moles. Dependiendo del contenido de sólidos, la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico pueden incluirse en una relación en peso de 85:15 a 95:5. Si la cantidad de alcohol polivinílico fuese mayor que un 15 % en peso, una capa de estucado se endurecería demasiado después de que el material de estucado se aplicase al papel, lo cual provocaría la aparición de pequeñas grietas, lo cual tendría como resultado el deterioro del efecto de bloqueo. Por otro lado, si la cantidad de alcohol polivinílico fuese menor que un 5 % en peso, las propiedades de resistencia a la humedad y de resistencia al agua disminuirían debido a que habría cantidades insuficientes de ingredientes activos para crear un efecto de bloqueo.
<Un procedimiento de fabricación del material de estucado de papel de la presente invención>
Un procedimiento de fabricación del material de estucado de papel de acuerdo con la presente invención es el
siguiente. El procedimiento de fabricación del material de estucado de papel de la presente invención se llevó a cabo según un proceso de agregación de monómeros.
(1) Agregar un monómero a base de un acrilo, un iniciador, un emulsionante, un tampón y un catalizador de reacción de silicio mientras se mantiene un reactor que contiene agua a entre 50 y 70 °C.
(2) Agregar un iniciador mientras se mantiene el reactor a entre 70 y 90 °C.
(3) Preparar una emulsión de copolímeros agregando, al producto resultante, un monómero a base de silicona a una tasa uniforme durante de 1 a 3 horas y llevar a cabo una reacción de copolimerización.
(4) Una vez finalizada la reacción de copolimerización, agregar un postaditivo para llevar a cabo una neutralización.
(5) Agregar una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado a la emulsión de copolímeros.
[0001] El rendimiento de copolimerización de la presente invención puede mejorarse haciendo que el reactor tenga diferentes temperaturas en el paso (1) y en el paso (2). Si la temperatura del reactor en el paso (1) fuese inferior a 50 °C, la reactividad de los materiales agregados sería baja, de modo que sería difícil aumentar la velocidad de la reacción de copolimerización posterior. Además, si la temperatura del reactor en el paso (1) fuese superior a 70 °C, la reacción de polimerización entre los monómeros basados en un acrilo comenzaría a reducir la velocidad de reacción de copolimerización de los monómeros basados en un acrilo y los monómeros basados en silicio. Por lo tanto, al realizarse el paso (1) a una temperatura inferior al intervalo de temperaturas óptimo (70 a 90 °C) para la copolimerización según el paso (2), se puede minimizar la cantidad de monómeros sin reaccionar y aumentar el rendimiento de copolimerización. Como tal, la temperatura del reactor se ajusta de tal manera que el peso molecular promedio, en peso, de las partículas incluidas en la emulsión de copolímeros sea de 100000 a 200 000.
A continuación se describirán los componentes utilizados en el procedimiento de fabricación.
Agua
El papel del agua en la polimerización en emulsión es muy grande e importante, y las propiedades físicas de la emulsión preparada dependen en gran medida de la calidad del agua. El agua es un medio de dispersión de un material a emulsionar, que facilita la transferencia de calor durante la polimerización, y que también actúa como disolvente para un emulsionante, un monómero y un iniciador. Además, la viscosidad de la emulsión se ajusta con agua, y un contenido de sólidos relativamente alto y una baja viscosidad son unas de las grandes ventajas de la emulsión. Como hay muchos iones metálicos polivalentes en el agua natural, es preferible usar agua de intercambio iónico que tenga contenidos muy pequeños de iones y sales. Por ejemplo, en este ejemplo experimental se usó agua desionizada.
Iniciador
Cuando el iniciador se descompone, se generan radicales libres que causan una reacción. En la presente invención se puede usar un iniciador soluble en agua y se puede usar persulfato o peróxido de hidrógeno. Por ejemplo, se puede usar persulfato de potasio, persulfato de sodio o persulfato de amonio.
Emulsionante
El emulsionante es un tensoactivo y es indispensable para la polimerización de emulsiones. El emulsionante forma partículas hinchadas con micelas o monómeros al comienzo de una reacción y, por tanto, proporciona un lugar donde puede tener lugar la reacción. Además, el emulsionante sirve para proteger las gotitas de monómero y estabiliza la fuente del monómero. A medida que la reacción avanza, las partículas se vuelven más grandes y el tamaño de las gotitas de monómero se vuelve más pequeño, de manera que el emulsionante se mueve desde las partículas de monómero hasta la superficie de partículas. Por ejemplo, como emulsionante se puede usar etoxilato de octilfenol (OP), etoxilato de nonilfenol (NP), óxido de etileno (EO), dodecilsulfato sódico (SDS) o una combinación de los mismos.
Tampón
En la copolimerización de la presente invención, la reacción tiene lugar en condiciones ácidas. El tampón sirve para estabilizar el pH durante la reacción de copolimerización y mantiene la solubilidad del iniciador. En la presente invención pueden utilizarse Na2CO3, NaHCO3 , (NH4)2CO3 , NaH2PO4, Na2HPO4 y similares como tampón.
Catalizador de reacción de silicio
En la copolimerización de la presente invención, el catalizador de reacción de silicio puede usarse para estimular la reacción de copolimerización del monómero a base de un acrilo y del monómero a base de silicio y también para estimular la reacción de polimerización del monómero a base de silicio. Por ejemplo, se puede usar dilaurato de
dibutilestaño (DBTDL) como catalizador de reacción de silicio.
Postaditivo
Se pueden agregar varios aditivos para controlar el pH, la viscosidad u otras propiedades de la emulsión de copolímeros reaccionado. En la presente invención, después de terminar la reacción de copolimerización, se agrega el postaditivo para subir el pH, impartiendo así estabilidad a la emulsión de copolímeros y evitando una reacción secundaria innecesaria. Por ejemplo, en la presente invención se puede usar agua amoniacal como postaditivo. Solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico
Se agrega alcohol polivinílico de un 7 a un 15 % en peso a agua y se agita a entre 85 y 98 °C durante de 1 a 10 minutos para preparar una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico, que se gelatiniza (gelatinización: estado en el que las micelas se hinchan y se transforman en un coloide), y la solución acuosa coloidal así obtenida se introduce en la emulsión de copolímeros. Cuando el alcohol polivinílico que no se está gelatinizando se introduce en la emulsión de copolímeros, el alcohol polivinílico no se mezcla con la emulsión de copolímeros sino que forma una membrana de separación. En función de un extracto seco, la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico se pueden agregar en una relación en peso de 85:15 a 95:5. Un alcohol polivinílico con un alto grado de saponificación tiene excelentes propiedades de resistencia a la humedad, resistencia al agua y resistencia al aceite. Preferentemente, el grado de saponificación del alcohol polivinílico es de un 92 a un 99 % en moles. Particularmente, cuando se mezcla alcohol polivinílico con un copolímero acrílico-silicio, el alcohol polivinílico penetra entre la escasa estructura molecular del polímero a base de acrilos y sirve para prevenir la permeación de humedad.
<Un procedimiento de fabricación de un papel respetuoso con el medio ambiente utilizando el material de estucado de papel>
A continuación se describirá un procedimiento de fabricación de papel respetuoso con el medio ambiente utilizando el material de estucado de papel de la presente invención.
El término "papel" que se emplea en la presente invención abarca tanto el papel base para fabricar vasos de papel como papel para el envasado de alimentos, que típicamente produce y comercializa la industria papelera. Además, el papel puede ser papel en el que se garantiza la seguridad de los alimentos.
El papel utilizado en la presente invención puede ser papel con un peso de resma de 80 a 400 g/m2 entre varios tipos de papel base o papel de envasado de alimentos (papel base sin estucar para vasos de papel) producido y distribuido en la industria del papel. Un papel base con un peso de resma inferior a 80 g/m2 tiene un espesor y una resistencia reducidos, por lo que es difícil conservar la forma y la propiedad de resistencia al agua del mismo cuando se moldea para formar un vaso o un recipiente para alimentos. Un papel base con un peso de resma superior a 400 g/m2 es difícil de producir en un solo proceso mediante el uso de una instalación de fabricación de papel convencional, y no se usa habitualmente. Al mismo tiempo, es deseable evitar usar papel usado que pueda utilizarse como materia prima recogida para el reciclaje como materia prima para fabricar vasos de papel o recipientes de papel para alimentos habida cuenta de la seguridad del envasado de alimentos. Sin embargo, de acuerdo con las especificaciones para papel de la notificación de 2013 de la Administración de Alimentos y Medicamentos titulada "Norma para aparatos, recipientes y envases para alimentos" -una norma representativa a la hora de ensayar la inocuidad de papel en forma de papel final y papel procesado-, en el marco de la obtención de resultados de ensayo que estén por debajo del valor de referencia para el arsénico, el plomo, el formaldehído y los blanqueadores fluorescentes y similares, se pueden usar papel usado reciclado en una cantidad determinada si está mezclado con pulpa natural.
Se prepara papel base para alimentos que no está estucados y tiene un peso de resma de 80 a 400 g/m2. La superficie interior (la superficie en contacto con los alimentos) del papel base se estuca con de 4 a 20 g/m2 de un material de estucado respetuoso con el medio ambiente en función de un extracto seco. En este caso, si la cantidad de estucado del material de estucado es menor que 4 g/m2, es difícil exhibir las propiedades de termosellado y de resistencia al agua del mismo, y la propiedad de resistencia al aceite se reduce, ya que una película de estucado es delgada y poco uniforme. Además, si la cantidad de estucado del material de estucado es mayor que 20 g/m2, se produce un fenómeno de bloqueo según el cual el papel se pega entre sí y la capacidad de desprendimiento del material de estucado aumenta, de manera que la película de estucado podría agrietarse si se secase excesivamente.
El procedimiento de fabricación de papel respetuoso con el medio ambiente puede incluir además el paso de estucar la superficie exterior del papel base (la superficie que no estará en contacto con los alimentos) con el material de estucado respetuoso con el medio ambiente en una cantidad de 0,1 a 5 g/m2 en función de un extracto seco del material de estucado. En otras palabras, es suficiente aplicar el material de estucado solo en la superficie interior con la que estarán en contacto los alimentos, pero para que un recipiente de papel pueda utilizarse con bebidas frías o alimentos refrigerados, el material de estucado también se puede aplicar a la superficie exterior del papel base del mismo. Cuando se usa papel para fabricar un vaso para bebidas frías o papel de envolver para la refrigeración en verano, normalmente, se condensa vapor de agua sobre la superficie exterior del recipiente de
papel debido a la diferencia de temperatura entre ambos lados del papel. Esta condensación humedece el recipiente de papel. Cuando el material de estucado se aplica sobre la superficie exterior, se evitan el fenómeno de condensación y el fenómeno de humedecimiento. Si el material de estucado se usa en una cantidad menor que 0,1 g/m2, el espesor del material de estucado aplicado es demasiado pequeño como para tener un efecto impermeable en la superficie exterior, y si el material de estucado se usa en una cantidad mayor que 5 g/m2, se deteriora la capacidad de impresión de la superficie exterior.
Dichos procedimientos de estucado pueden realizarse utilizando una instalación de estucado convencional empleada en la industria del papel. La instalación de estucado para estucado puede emplear o bien una estucadora en máquina o bien una estucadora fuera de máquina de la industria papelera. El procedimiento de estucado de la presente invención se puede realizar utilizando un aparato cualquiera seleccionado del grupo formado por una estucadora de rodillo, una estucadora de cuchillas, una estucadora de varillas, una estucadora de cuchillas de aire, una estucadora de corto tiempo de residencia capaz de controlar eficazmente una baja cantidad de estucado, una estucadora de hoja de pico, y una estucadora de rodillos de compuerta. Además, se puede obtener el mismo efecto de estucado en una instalación de impresión del tipo para huecograbado.
El papel respetuoso con el medio ambiente que tiene propiedades de termosellado, de resistencia al aceite y de resistencia al agua mediante la aplicación del material de estucado de la presente invención puede someterse a un tratamiento posterior para mejorar su comerciabilidad. Por ejemplo, para mejorar la capacidad de impresión, se puede aplicar un recubrimiento de pigmento convencional para la fabricación de papel sobre la superficie exterior del papel. Las sustancias que constituyen el material de estucado de papel de la presente invención son inocuas y estables en presencia de alimentos, por lo que pueden usarse en la industria de envasado de alimentos. Además, un proceso de fabricación del material de estucado de papel como un procedimiento de fabricación de papel que utiliza el mismo son, por tanto, respetuosos con el medio ambiente dado que se realizan en un entorno acuoso. Los recipientes de papel estucados con el material de estucado de papel de la presente invención son disociables con álcalis y, por tanto, pueden recogerse después de usarse y reciclarse como materia prima para fabricar papel. Además, en comparación con un material de estucado de polietileno convencional, el material de estucado de papel de la presente invención tiene una tasa de biodegradación superior, de modo que su efecto de destrucción ambiental es menor aunque el material de estucado de papel se entierre después de usarse.
A continuación se describirán en detalle modos de realización preferentes de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Debe entenderse, sin embargo, que estos ejemplos se ofrecen a modo de ilustración únicamente y que el alcance de la presente invención no se limita a estos ejemplos.
Ejemplo 1. Preparación de un material de estucado de papel que incluye alcohol polivinílico y una emulsión de copolímeros en la que se copolimerizan un polímero a base de silicio y un polímero a base de acrilos Al tiempo que se mantuvo la temperatura de un reactor que contiene 120 g de agua desionizada a 60 °C, se agregaron al reactor una mezcla de monómeros a base de acrilos preparada mezclando 40 g de metacrilato de metilo, 44 g de acrilato de butilo, 1,0 g de ácido metacrílico y 1,0 g de metacrilato de hidroxietilo. Se agregaron al mismo 0,2 g de persulfato de amonio, 0,4 g de dilaurato de dibutilestaño (DBTDL), 1,0 g de etoxilato de octilfenol (OP), 0,8 g de dodecilsulfato sódico (SDS) y 0,2 g de Na2CÜ3.
Cuando la temperatura del reactor alcanzó 80 °C, se agregó persulfato de amonio. Transcurridos 10 minutos, se introdujo en el reactor un monómero a base de silicio a una tasa uniforme durante un período de 2 horas. Se controló la cantidad de monómero a base de silicio, de manera que la relación en peso entre el polímero a base de acrilos y el polímero a base de silicio en la emulsión de copolímeros fue de 99 a 99,9: 0,1 a 1.
Una vez finalizada la copolimerización, se agregó agua amoniacal para neutralizar la emulsión de copolímeros, de manera que el contenido de sólidos de la emulsión de copolímeros pasó a ser de entre 35 y 50 % en peso. Después de esto, se purificó el reactivo resultante. El monómero sin reaccionar que quedaba en la emulsión de copolímeros se vaporizó en el aire a través del proceso de purificación anterior para eliminar completamente el olor químico que a menudo puede haber presente en el material de estucado de papel.
Al mismo tiempo, se agregó a agua alcohol polivinílico de entre un 7 y un 15 % en peso en función de la solución acuosa total y se agitó a entre 85 y 98 °C durante de 1 a 10 minutos para preparar una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado. La solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico se agregó a la emulsión de copolímeros purificada. En función de un extracto seco, la relación en peso entre la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico fue 85:15 a 95:5. En este modo de realización se usó como alcohol polivinílico RS-2117, fabricado por Kuraray Co., Ltd. de Japón. Finalmente, se preparó un material de estucado de papel.
Ejemplo 2. Preparación de un material de estucado, y estucado de papel base para vasos
Se estucó papel de envolver con el material de estucado de papel preparado de acuerdo con el procedimiento de preparación del Ejemplo 1. Se empleó un papel base para vasos fabricado por Hansol Paper Co., Ltd. (nombre comercial: FAB350, peso de resma: 350 g/m2). Se aplicó un líquido de estucado soluble en agua, en el que se
mezclaron un 35,0 % en peso de sólidos del material de estucado de papel de la presente invención, un 0,2 % en peso de sílice y un 64,8 % en peso de agua, para realizar un estucado en un solo lado de 9,5 g/m2 utilizando una instalación de estucado del tipo de cuchilla de aire.
Ejemplo 3. Estucado de papel base para vasos
Se aplicaron el mismo papel base para vasos y el mismo líquido de estucado que en el Ejemplo 2 para realizar un estucado de un solo lado de 8,5 g/m2 utilizando una instalación de estucado del tipo de varilla.
Ejemplo comparativo 1. Papel para vasos estucado con material de estucado de polietileno
Como Ejemplo comparativo 1 se usó papel para vasos estucado con polietileno (peso de resma: 350 g/m2) distribuido en el mercado de moldeo de vasos.
Ejemplo comparativo 2. Papel para vasos estucado con ácido poliláctico (PLA)
Como Ejemplo comparativo 2 se usó papel para vasos estucado con ácido poliláctico (peso de resma: 350 g/m2) distribuido en el mercado de moldeo vasos.
Ejemplo comparativo 3. Papel para vasos no estucado
Como Ejemplo Comparativo 3 se usó el mismo papel base para vasos que en el Ejemplo 2 pero sin estucarlo.
Ejemplo experimental 1. Ensayo de propiedades físicas
Las propiedades físicas de los materiales que se prepararon en los ejemplos y los ejemplos comparativos se ensayaron en las mismas condiciones, y los resultados se muestran en la Tabla 2 y se comparan.
El papel para vasos y el papel de envasado de alimentos estucados con el material de estucado de papel de acuerdo con un modo de realización de la presente invención exhibieron propiedades físicas adecuadas, tales como propiedades termosellado, de resistencia al aceite y de resistencia al agua, en el caso de un recipiente para alimentos que contenía humedad y aceite. Cuando se ensayó la propiedad de resistencia al aceite mediante el procedimiento de ensayo de la Asociación de Tecnologías de Pulpa de Papel de EE. UU. (TAPPI T559cm-02), se obtuvo una clasificación kit n.° 4 o superior. En cuanto a la propiedad de resistencia al agua, cuando se ensayó con el denominado procedimiento de ensayo de tamaño de Cobb (TAPPI T441), que es uno de los procedimientos convencionales en la industria papelera, se obtuvo una resistencia al agua de 10,0 g/m2 o menos. La resistencia del adhesivo térmico se determinó utilizando un dispositivo de termosellado (Sambo Tech, SK-310), y el termosellado se realizó a una resistencia de sellado de 5. Cuando se realizó un ensayo de pelado de 180° con un equipo de ensayo de pelado, la resistencia al pelado de la capa adhesiva fue de 0,115 N/mm o superior.
Sin embargo, puesto que el ensayo de acuerdo con el procedimiento de ensayo estándar es insuficiente para evaluar completamente la posibilidad de una producción en serie en una instalación de moldeo de vasos convencional, las propiedades de resistencia al aceite y de resistencia al agua se observaron de la siguiente manera. En primer lugar, el papel para vasos se moldeó utilizando el material de estucado de papel de la presente invención en condiciones normales de producción en una instalación de moldeo de vasos utilizando un procedimiento de compresión de calor y un procedimiento de adhesión a alta frecuencia. La superficie adhesiva del mismo se peló nuevamente para observar visualmente el nivel de termosellado y, luego, se dejó un contenido líquido, en el que se mezcló un colorante a base de agua con leche y agua jabonosa, en el papel para vasos durante 48 horas. Adicionalmente, las propiedades de resistencia al aceite y de resistencia al agua se observaron visualmente a temperatura ambiente.
Además, a fin de estudiar la compatibilidad medioambiental, se llevó a cabo un ensayo de disociación basado en la norma de certificación de marca ambiental (EL606) preparada por el Instituto de Tecnología e Industria Ambiental de Corea, y se determinaron la presencia o ausencia de impurezas residuales y las propiedades adhesivas. Como consecuencia, el material de estucado de papel de la presente invención exhibió una propiedad de disociación con álcali, y se confirmó que un recipiente de papel estucado con el material de estucado de la presente invención puede recogerse y reciclarse como materia prima para papel después de usarse. Además, la biodegradabilidad se expresa como un porcentaje por la tasa del cambio en el grado de biodegradación de la muestra y la sustancia estándar durante 180 días de acuerdo con la norma KS M3100-1. Como consecuencia, se confirmó que el recipiente de papel estucado con el material de estucado de la presente invención presentaba una biodegradabilidad aeróbica en condiciones de compostaje.
Además, el papel estucado de la presente invención mostró resultados que se ajustan a las normas de ensayo de material de papel y de material de papel estucado del Código de Alimentos de la Administración de Alimentos y Medicamentos de Corea "Artículo 7. Criterios y estándares para embalaje de equipos y recipientes", que se publicó en 2013.
[Tabla 2]
Los resultados mostrados en la Tabla 2 permiten ver que el papel para vasos respetuoso con el medio ambiente fabricado según los procedimientos de los Ejemplos 2 y 3 de acuerdo con la presente invención tiene un comportamiento excelente como material de envasado de alimentos que tiene propiedades de termosellado, de resistencia al aceite, de resistencia al agua y respetuosas con el medio ambiente.
Ejemplo experimental 2. Ensayo para comparación de la biodegradabilidad
<2-1> Preparación de una muestra
Se realizó un ensayo de precisión para la determinación de la biodegradabilidad sobre el papel estucado (Ejemplo comparativo 1) preparado utilizando polietileno (PE) como material de estucado interior, que es el que se encuentra más habitualmente distribuido en el mercado, y sobre el papel estucado (Ejemplo 2) preparado de acuerdo con el procedimiento de fabricación de la presente invención (aquí, papel para vasos estucado con un material de estucado se abrevia como papel estucado). Los microorganismos anaeróbicos utilizados para el ensayo para la determinación de la biodegradabilidad procedían de lodos anaeróbicos recibidos de la planta de aguas residuales de Daejeon. <2-2> Procedimiento experimental
Cada muestra se cortó a un tamaño específico (1,5 cm x 6,5 cm). Antes de examinar la biodegradabilidad utilizando los microorganismos anaeróbicos, cada muestra se irradió con radiación UV (254 nm de longitud de onda) durante 6 horas usando un reticulador de radiación UV (UVP, CL-100) para propiciar la degradación oxidativa del material de estucado. Luego, las muestras se dividieron en dos grupos: uno irradiado con UV y el otro no irradiado. Las muestras se incubaron anaeróbicamente durante 14 días en una incubadora controlada a una velocidad de 200 rpm y a una temperatura de 38 °C. Las muestras se sacaron luego a intervalos de un día, se lavaron y se secaron a una temperatura de 60 °C.
<2-3> Procedimiento de análisis de biodegradabilidad
[0002] Se utilizó un medidor de espesor (modelo: micrómetro L&W, Lorentzen & Wettre, Suecia) para medir el espesor de una película de estucado y del papel estucado de cada muestra. El espesor de la película de estucado se determinó inflando el papel estucado en agua, quitando el papel base y utilizando la película de estucado restante. El grado de degradación de cada muestra con el tiempo se observó a simple vista. Además, se utilizó un estereomicroscopio (Leica EZ4 HD) para observar los cambios microestructurales del papel estucado. Los picos
específicos del material de estucado interior del papel estucado se analizaron por FT-IR (VERTEX 70, Bruker Optics, Alemania) para estudiar los cambios estructurales del papel estucado debido a la biodegradación. Para confirmar el cambio en las propiedades físicas de la superficie de cada papel estucado, se tomaron muestras para cada período de degradación y se secaron completamente, y se dejaron caer 10 pl de agua destilada sobre cada papel estucado para medir el ángulo de contacto de la hidratación.
<2-4> Medición del espesor del papel estucado
En la Tabla 3 mostrada a continuación se muestran los resultados de la medición del espesor del papel estucado del Ejemplo comparativo 1 (estucado de PE) y del papel estucado del Ejemplo 2.
[Tabla 3]
El papel estucado del Ejemplo comparativo 1 era más grueso que el papel estucado del Ejemplo 2. Sin embargo, la película de estucado del Ejemplo 2 era ligeramente más gruesa que la película de estucado del Ejemplo 2.
<2-5> Observación del papel estucado biodegradado a simple vista
La FIG. 1 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación de papel estucado (Ejemplo comparativo 1) observado durante 14 días, en el que en el papel estucado se ha utilizado un material de estucado de PE convencional de acuerdo con una técnica anterior, y la FIG. 2 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación del papel estucado de la FIG. 1 (Ejemplo comparativo 1) observado durante 14 días, en el que el papel estucado se ha tratado previamente con radiación UV durante 6 horas antes de la biodegradación. La FIG. 3 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación de papel estucado (Ejemplo 2) observado durante 14 días, en el que el papel estucado se ha fabricado de acuerdo con un procedimiento de fabricación de la presente invención, y la FIG. 4 es una fotografía que muestra un proceso de biodegradación del papel estucado de la FIG. 3 (Ejemplo 2) observado durante 14 días, en el que el papel estucado se ha tratado previamente con UV durante 6 horas antes de la biodegradación. En otras palabras, los papeles estucados de la FIG. 1 y de la FIG. 3 no se trataron previamente con radiación UV.
Haciendo referencia a la FIG. 1, en el caso del Ejemplo comparativo 1 en el que no se realizó un tratamiento previo con radiación UV, se llevó a cabo una biodegradación por microorganismos anaeróbicos y no se observaron cambios significativos hasta el Día 3. Sin embargo, se confirmó que los microorganismos anaeróbicos se absorbieron en la superficie. A Día 5, el papel base utilizado en el papel estucado se había hinchado y desprendido, y solo quedó la película de estucado de PE. A partir de entonces, no se observó a simple vista la biodegradación de la película de estucado de PE.
Haciendo referencia a la FIG. 2, en el caso del Ejemplo comparativo 1 en el que se realizó un tratamiento previo con radiación UV durante 6 horas, no se observaron cambios significativos hasta el Día 5. A Día 6, gran parte del papel base se había desprendido debido a la hinchazón del mismo causada por el medio de cultivo anaeróbico, y se observó que solo quedaba película de estucado de PE en la parte donde se había eliminado el papel base. A Día 7, solo quedaba presente la película de estucado de PE, y a partir de entonces no se observó a simple vista la biodegradación de la película de estucado de PE.
Haciendo referencia a la FIG. 3, en el caso del Ejemplo 2 en el que no se realizó un tratamiento previo con radiación UV, no se observaron cambios significativos hasta el día 5. Sin embargo, a partir del día 6, el papel base comenzó a desprenderse de la película. A Día 9, se observó que los microorganismos anaeróbicos habían eliminado el papel base y solo quedaba la película. A partir de entonces, se observó que la película de estucado tenía un aspecto desgarrado.
Haciendo referencia a la FIG. 4, en el caso del Ejemplo 2 en el que se realizó un tratamiento previo con UV durante 6 horas, no se observaron cambios significativos hasta el Día 4. Sin embargo, a partir del día 5 se inició la biodegradación de la película, y a partir del día 7 se observó que la película de estucado estaba casi rota debido a la biodegradación. Por lo tanto, la radiación UV estimuló la oxidación de la película de estucado o del material de estucado del Ejemplo 2 y, en el caso de la película de estucado de la presente invención, se pudo observar que la biodegradación de la misma avanzaba bien en un tiempo relativamente corto.
La FIG. 5 es una fotografía de la película de estucado de la FIG. 4 observada con un microscopio óptico. Haciendo referencia a la FIG. 5, en el caso de la película de estucado del Ejemplo 2, durante el experimento de biodegradación se observó que en la película de estucado aparecieron pliegues y grietas. Dado que los microorganismos anaeróbicos se infiltraron a través de dichos pliegues y grietas, la reacción de biodegradación hizo que la película de estucado se cortase finamente.
<2-6> Análisis del cambio estructural del papel estucado por FT-IR
El análisis por FT-IR se realizó respectivamente en muestras no tratadas con microorganismos anaeróbicos, en muestras tratadas con microorganismos anaeróbicos durante 4 días, en muestras tratadas con microorganismos anaeróbicos durante 7 días y en muestras irradiadas con radiación UV. La FIG. 6A es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 600-1600 cm"1 para el Ejemplo comparativo 1, y la FIG. 6B es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 2700-3500 cm-1 para el Ejemplo comparativo 1. La FIG. 7A es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 600-1600 cm-1 para el Ejemplo 2, y la FIG. 7B es una gráfica que muestra picos de FT-IR medidos en un intervalo de 2700-3500 cm'1 para el Ejemplo 2.
En la Tabla 4 mostrada a continuación se resume la leyenda de las FIGS. 6a a 7b.
[Tabla 4]
Las FIGS. 6a y 6b muestran los resultados del análisis de FT-IR para el Ejemplo comparativo 1. Se observó un grupo -CH 2 , que es un pico característico de la película de estucado PE a 2916 cm-1 y a 2848 cm-1, y se observó un pico correspondiente a deformación por flexión de CH2 a 1460 cm-1. A 720 cm- 1 se observó un pico correspondiente a la flexión de balanceo de CH. Estos picos mostraron una tendencia a disminuir ligeramente en proporción al período de tratamiento del tratamiento con radiación UV y del tratamiento microbiano anaeróbico.
Las FIGS. 7a y 7b muestran los resultados del análisis de FT-IR para el Ejemplo Comparativo 2. La película de estucado fue biodegradada casi por completo, hasta tal punto que fue imposible recuperar la película de estucado después de 7 días de irradiación UV, por lo que no se realizó ningún análisis. En el caso de las muestras no tratadas con radiación UV, no se observaron cambios significativos hasta el Día 4. Sin embargo, todos los picos habían disminuido el Día 7. Además, en el caso de las muestras irradiadas con UV, el Día 4 se observó que todos los picos que muestran las características de la película de estucado de la presente invención se habían reducido considerablemente y que el tratamiento con radiación UV había estimulado la biodegradación.
Mediante dicho análisis de FT-IR, se observó que la película de estucado del Ejemplo 2 era en general más biodegradable que la película de PE del Ejemplo comparativo 1.
<2-7> Observación del ángulo de contacto del papel estucado biodegradado por microorganismos anaeróbicos La FIG. 8 es una fotografía que muestra cambios en un ángulo de contacto de acuerdo con el período de tratamiento con microorganismos anaeróbicos para muestras no tratadas con radiación UV (Ejemplo 2 y Ejemplo comparativo 1). En la FIG. 8, los números entre paréntesis indican los ángulos de contacto. En el caso del papel estucado del Ejemplo comparativo 1, casi no hubo cambios en el ángulo de contacto de acuerdo con el período de tratamiento (antes del tratamiento, a los 4 días y a los 7 días) con microorganismos anaeróbicos. Además, el ángulo de contacto no cambió significativamente al alargarse el tiempo de contacto con agua destilada (transcurridos de 20 segundos a 10 minutos). Por otro lado, en el caso del papel estucado del Ejemplo 2, en el 4° día de tratamiento microbiano anaeróbico, el ángulo de contacto de la muestra disminuyó significativamente en comparación con antes del tratamiento. Además, el ángulo de contacto de acuerdo con el tiempo de contacto (transcurridos de 20 segundos a 10 minutos) disminuyó significativamente en comparación con la muestra antes del tratamiento microbiano anaeróbico.
La FIG. 9 es una fotografía que muestra cambios en un ángulo de contacto de acuerdo con el período de tratamiento con microorganismos anaeróbicos para muestras tratadas con radiación UV (Ejemplo 2 y Ejemplo comparativo 1). En el caso del papel estucado del Ejemplo comparativo 1, el ángulo de contacto después de los primeros 20 segundos se redujo ligeramente a medida que se alargó el período de tratamiento microbiano anaeróbico, y el ángulo de contacto no cambió con un mayor tiempo de contacto. Por otro lado, en el caso del papel estucado del Ejemplo 2, el ángulo de contacto en las muestras se había reducido considerablemente al 4° día después del tratamiento microbiano anaeróbico, y el ángulo de contacto se redujo considerablemente a medida que aumentaba el tiempo de contacto.
Por lo tanto, se observó que el papel estucado de acuerdo con el Ejemplo 2 de la presente invención tenía mejor biodegradabilidad por tratamiento microbiano anaeróbico que el papel estucado con PE del Ejemplo comparativo 1.
Ejemplo experimental 3. Ensayo de determinación de la reciclabilidad
<3-1> Preparación de muestras
Se comparó y analizó la reciclabilidad del papel estucado (Ejemplo comparativo 1) estucado con polietileno (PE), del papel estucado (Ejemplo comparativo 2) estucado con ácido poliláctico (PLA), y del papel estucado (Ejemplo 2) preparado de acuerdo con el procedimiento de fabricación de la presente invención.
<3-2> Equipo para el experimento
A. Pulper piloto
Se usó un pulper de baja densidad (Lamort Lam'deinkit, Francia) para disociar las muestras de papel estucado. El rotor en la parte inferior del pulper gira para disociar la muestra de vaso de papel desechable. La cuba del pulper está de acero inoxidable, y en la misma hay deflectores instalados para facilitar la circulación del material de papel durante la disociación.
B. Tamiz piloto
El tamizado es un proceso de la unidad principal que puede evaluar la propiedad de disociación del papel estucado como un proceso de clasificación de los constituyentes del material de papel de acuerdo con su tamaño. El tamiz utilizado en este experimento tiene orificios y ranuras, de modo que las muestras se pueden clasificar cuidadosamente de acuerdo con el tamaño de materia extraña por etapas. Cuando la muestra fluye al interior del tamiz debido a la fuerza impulsora de la bomba, la muestra se mueve hacia el interior del tamiz a través del orificio de 3 mm de diámetro que hay debajo del tamiz. En este momento, un material que sea más grande que el diámetro del orificio no puede pasar por el orificio y se descarga a través de una válvula de rechazo. La muestra introducida en el tamiz pasa a través de una ranura de 0,3 mm de tamaño por la fuerza centrípeta generada por la fuerza de rotación de una lámina, y el material que no pasó a través de la ranura se clasifica a través de una válvula de rechazo de ranura.
C. Tamiz Somerville y celda de flotación
El tamiz Somerville es un dispositivo dotado de una ranura de 0,15 mm de tamaño y se utiliza para clasificar escamas y fibras. La celda de flotación es un equipo por el cual partículas hidrófobas (de tinta, ceniza, etc.) dispersas en el material de papel se unen a la superficie de una burbuja por un procedimiento fisicoquímico, se hacen flotar, se retiran y se clasifican. Los componentes clasificados por flotación se analizaron cuantitativamente utilizando el equipo.
<3-3> Procedimiento para realizar el experimento
La FIG. 10 ilustra un procedimiento de un experimento analítico para determinar la reciclabilidad del papel estucado de la presente invención. Haciendo referencia a la FIG. 10, en primer lugar, se ajustaron 20 L de agua para que tuviesen una dureza de calcio de 300 ppm una temperatura de 45 °C, y se agregó 1 Kg de papel estucado al pulper piloto. La concentración se ajustó a un 5 % en peso. Se agregó a la misma un tensoactivo no iónico de 0,05 % en peso en función del peso del papel estucado. A continuación se agitó la mezcla a una velocidad de rotación de 450 rpm durante 20 minutos, y el material rechazado por orificios y ranuras se clasificó, respectivamente, después de pasar por el tamiz piloto. Se investigó la controlabilidad de las escamas procesar el material aceptado por el tamiz por flotación. Después de controlar el material aceptado por el tamiz para que tuviese una concentración de un 1 % en peso, a una temperatura de 45 °C, y de agitar el material aceptado por el tamiz y controlado a 1000 rpm, se inyectó aire a un caudal de 7 L/min para procesar el material por flotación. Después de la flotación, se analizó cuantitativamente el contenido en escamas, fibras y finos del material aceptado por flotación por el tamiz Somerville. Con las fibras obtenidas por medio del tamiz Somerville, se preparó un papel supurante y se analizaron la resistencia y las propiedades ópticas del mismo.
<3-4> Resultados analíticos del rechazo y rendimiento
En la FIG. 11 se muestran los resultados analíticos para el material rechazado por los orificios/ranuras y para el material rechazado por flotación de un tamiz piloto generados durante el proceso del experimento analítico sobre reciclabilidad de la FIG. 10. Tal y como se muestra en la FIG. 11, se analizó el material rechazado por los orificios y clasificado después de pasar por el tamiz piloto y se vio que era de un 10,26 % para el papel estucado (PE) del Ejemplo comparativo 1 y de un 17,63 % para el papel estucado (PLA) del Ejemplo comparativo 2. En el caso del papel estucado (Nuevo) del Ejemplo 2, no hubo material rechazado por los orificios. El material rechazado por las ranuras fue inferior al 1 % para todo el papel estucado. En el caso del material rechazado clasificado después de la flotación, éste fue de un 0,21 % para el papel estucado (PE) del Ejemplo comparativo 1, de un 0,42 % para el papel estucado (PLA) del Ejemplo comparativo 2 y de un 1,52 % para el papel estucado (Nuevo) del Ejemplo 2. En el Ejemplo 2, la razón para el número relativamente grande de material rechazado por flotación es que las letras, imágenes y similares impresos en el papel estucado del Ejemplo 2 se combinaron con la película de estucado y se transformaron en escamas, y luego se clasificaron como rechazos flotantes.
En general, el Ejemplo 2 de la presente invención mostró una proporción de material rechazado significativamente más baja que el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo comparativo 2. Es decir, el papel estucado del Ejemplo 2 tiene una alta reciclabilidad porque había muy pocas sustancias extrañas de tipo película que no podían atravesar el tamiz del proceso de reciclaje de papel usado
Ejemplo experimental 4. Ensayo para determinar la propiedad de resistencia al calor
Para ensayar la propiedad de resistencia al calor de las capas de estucado del Ejemplo 2 y del Ejemplo comparativo 1, el papel estucado de cada muestra se trató térmicamente a 200 °C durante 10 minutos y durante 30 minutos, y luego se observó la capa de estucado de los mismos con un microscopio electrónico de barrido (SEM). La FIG. 12 es una fotografía SEM que muestra la superficie de una capa de estucado antes y después del papel estucado del Ejemplo 2 y del Ejemplo comparativo 1. La FIG. 13 es una fotografía SEM que muestra la sección transversal de la capa de estucado antes y después del papel estucado del Ejemplo 2 y del Ejemplo comparativo 1.
Haciendo referencia a la FIG. 12, la capa de estucado del Ejemplo 2 apenas cambió antes o después del tratamiento térmico (200 °C durante 10 minutos o 200 °C durante 30 minutos). Por lo tanto, el papel estucado de la presente invención se puede usar adecuadamente como un recipiente para alimentos resistente al calor. Por otro lado, en el caso de la capa de estucado del Ejemplo comparativo 1 en la que se ha usado material de estucado de PE, cuando se realizó el tratamiento térmico a 200 °C durante 10 minutos, la capa de estucado se fundió instantáneamente para dejar al descubierto una superficie limpia, y cuando el tratamiento térmico se realizó durante 30 minutos, se produjo la fibrosis de polietileno, que causó la deformación de la capa de estucado.
Haciendo referencia a la FIG. 13, la capa de estucado del Ejemplo 2 aún permanecía sobre el papel base para vasos después del tratamiento térmico y todavía funcionaba como capa de estucado. Sin embargo, cuando la capa de estucado del Ejemplo comparativo 1 se trató térmicamente a 200 °C durante 30 minutos, la mayor parte de la capa de estucado se fundió y permeó hacia el interior del papel base para vasos y, por lo tanto, se perdió la función de capa de estucado.
Ejemplo experimental 5. Ensayo para determinar la estabilidad alimentaria (certificada por la FDA)
La FIG. 14 muestra los resultados obtenidos de un experimento tras solicitar a una compañía de certificación estadounidense (UL Verification Services, Inc.) la realización del experimento sobre el papel estucado de la presente invención. Este experimento se realizó para determinar la estabilidad alimentaria a temperatura ambiente e indica el cumplimiento de los requisitos de la norma 21 CFR 175.300 de la FDA. El papel estucado de la presente invención ha pasado el ensayo FDA 21 CFR 175.300 anterior y es considerado adecuado para aplicaciones de manipulación de alimentos y bebidas.
Además, la FIG. 15 muestra los resultados obtenidos de un experimento tras solicitar a una empresa de certificación global (SGS) la realización del experimento sobre el papel estucado de la presente invención. Este experimento se realizó para medir la cantidad de cloroformo que se desprende del papel estucado a una temperatura alta (250 °F ^ 121 °C, 150 °F H 66 °C), y no se detectó la presencia de cloroformo en el papel estucado de la presente invención. Se ha reconocido que el papel estucado de la presente invención pasó el ensayo US FDA 21 CFR 176.170.
Ejemplo experimental 6. Ensayo para determinar la estabilidad frente a hormonas presentes en el medio ambiente
La FIG. 16 es una gráfica que muestra los resultados de un experimento para la detección de la presencia de ftalatos, hormonas presentes en el medio ambiente, tras solicitar a una compañía de certificación global (SGS) la realización del experimento sobre el papel estucado de la presente invención.
Aunque el material de estucado de papel de la presente invención incluye una emulsión de copolímeros en la que se copolimerizan el polímero a base de silicio y el polímero a base de acrilos y se mezcla con la misma una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado, la presente invención no se limita a este ejemplo. El material de estucado de papel puede ser una emulsión de copolímeros en la que se excluya la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico. Aquí, la relación en peso entre el polímero a base de acrilos y el polímero a base de silicio es preferentemente de 99:1 a 99,9:0,1.
En los siguientes párrafos numerados se ilustran ciertos aspectos de la invención.
1. Procedimiento de fabricación de un material de estucado de papel que tiene propiedades de resistencia al aceite, de resistencia al agua y de reciclabilidad, comprendiendo el procedimiento las etapas de,
(a) agregar, a un reactor, agua, un monómero a base de un acrilo, un iniciador, un emulsionante, un tampón y un catalizador de reacción de silicio;
(b) agregar un monómero a base de silicio al reactor a una tasa uniforme;
(c) producir una emulsión de copolímeros ajustando la temperatura del reactor;
(d) poner agua y alcohol polivinílico en un recipiente aparte y agitar para preparar una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado; y
(e) agregar la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado a la emulsión de copolímeros.
2. El procedimiento del párrafo 1, en el que el peso molecular promedio, en peso, de partículas incluidas en la emulsión de copolímeros es de 100000 a 200000
3. El procedimiento del párrafo 1, en el que la relación en peso entre un polímero a base de acrilos y un polímero a base de silicio incluidos en la emulsión de copolímeros es de 99:1 a 99,9:0,1.
4. El procedimiento del párrafo 1, en el que la relación en peso entre la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico es de 85:15 a 95:5 en función de un extracto seco.
5. El procedimiento del párrafo 1, en el que el catalizador de reacción de silicio es dilaurato de dibutilestaño (DBTDL).
6. El procedimiento del párrafo 1, en el que la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado se prepara agregando alcohol polivinílico de un 7 a un 15 % en peso a agua y agitando durante de 1 a 10 minutos a una temperatura de 85 a 98 °C.
7. El procedimiento del párrafo 1, en el que la temperatura de transición vítrea de la emulsión de copolímeros es de entre 300 y 340 °C.
8. El procedimiento del párrafo 1, en el que el grado de saponificación del alcohol polivinílico es de un 92 a un 99 % en moles.
9. El procedimiento del párrafo 1, en el que, en la etapa (a), la temperatura del reactor se mantiene a entre 50 y 70 °C y, en la etapa (c), la temperatura del reactor se mantiene a entre 70 y 90 °C.
10. Material de estucado de papel, que comprende:
una emulsión de copolímeros en la que se copolimerizan un polímero a base de silicio que tiene una unidad de repetición representada por la fórmula 1 mostrada a continuación y un polímero a base de acrilos que tiene una unidad de repetición representada por la fórmula 2 mostrada a continuación; y una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado para mezclar con la emulsión de copolímeros,
(en las fórmulas 1 y 2 anteriores, R1 a R4 pueden ser iguales o diferentes y son cada uno, independientemente, hidrógeno o un grupo arilo o un grupo alquilo sustituido o no sustituido).
11. El material de estucado de papel del párrafo 10, en el que el peso molecular promedio, en peso, de partículas incluidas en la emulsión de copolímeros es de 100000 a 200000
12. El material de estucado de papel del párrafo 10, en el que la relación en peso entre el polímero a base de acrilos y el polímero a base de silicio es de 99:1 a 99,9:0,1.
13. El material de estucado de papel del párrafo 10, en el que la relación en peso entre la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico es de 85:15 a 95:5 en función de un extracto seco.
14. El material de estucado de papel del párrafo 10, en el que la temperatura de transición vítrea de la emulsión de copolímeros es de entre 300 y 340 °C.
15. El material de estucado de papel del párrafo 10, en el que el grado de saponificación del alcohol polivinílico es de un 92 a un 99 % en moles.
Claims (13)
-
- REIVINDICACIONES
- 1 Procedimiento de fabricación de un material de estucado de papel que tiene propiedades de resistencia al aceite, de resistencia al agua y de reciclabilidad, comprendiendo el procedimiento las etapas de,
- (a) agregar, a un reactor, agua, un monómero a base de un acrilo, un iniciador, un emulsionante, un tampón y un catalizador de reacción de silicio;
- (b) agregar un monómero a base de silicio al reactor a una tasa uniforme;
- (c) producir una emulsión de copolímeros que tiene un peso molecular promedio, en peso, de 100000 a 200 000 ajustando la temperatura del reactor;
- (d) poner agua y alcohol polivinílico en un recipiente aparte y agitar para preparar una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado; y
- (e) agregar la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado a la emulsión de copolímeros. 2 El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la relación en peso entre un polímero a base de acrilos y un polímero a base de silicio incluido en la emulsión de copolímeros es de 99:1 a 99,
- 9:0,1.3 El procedimiento según la reivindicación 2, en el que la relación en peso entre la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico es de 85:15 a 95:5 en función de un extracto seco.4 El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el catalizador de reacción de silicio es dilaurato de dibutilestaño (DBTDL).5 El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado se prepara agregando alcohol polivinílico de un 7 a un 15 % en peso a agua y agitando durante de 1 a 10 minutos a una temperatura de 85 a 98 °C.6 El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la temperatura de transición vítrea de la emulsión de copolímeros es de entre 300 y 340 °C.7 El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el grado de saponificación del alcohol polivinílico es de un 92 a un 99 % en moles.8 El procedimiento según la reivindicación 1, en el que, en la etapa (a), la temperatura del reactor se mantiene a entre 50 y 70 °C y, en la etapa (c), la temperatura del reactor se mantiene a entre 70 y 90 °C.9 Material de estucado de papel, que comprende:una emulsión de copolímeros en la que se copolimerizan un polímero a base de silicio que tiene una unidad de repetición representada mediante la fórmula 1 mostrada a continuación y un polímero a base de acrilos que tiene una unidad de repetición representada mediante la fórmula 2 mostrada a continuación, en la que partículas incluidas en la emulsión de copolímeros tienen un peso molecular promedio, en peso, de 100000 a 200000; y una solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico gelatinizado para mezclarse con la emulsión de copolímeros.
(en las fórmulas 1 y 2 anteriores, R1 a R4 pueden ser iguales o diferentes y son cada uno, independientemente, hidrógeno o un grupo arilo o un grupo alquilo sustituido o no sustituido). - 10. El material de estucado de papel de la reivindicación 9, en el que la relación en peso entre el polímero a base de acrilos y el polímero a base de silicio es de 99:1 a 99,9:0,1.
- 11. El material de estucado de papel de la reivindicación 10, en el que la relación en peso entre la emulsión de copolímeros y la solución acuosa coloidal de alcohol polivinílico es de 85:15 a 95:5 en función de un extracto seco.
- 12. El material de estucado de papel de la reivindicación 9, en el que la temperatura de transición vítrea de la emulsión de copolímeros es de entre 300 y 340 °C.
- 13. El material de revestimiento de papel de la reivindicación 9, en el que el grado de saponificación del alcohol polivinílico es de un 92 a un 99 % en moles.
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