ES2829561T3 - Película o revestimiento polimérico que comprende hemicelulosa - Google Patents
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Abstract
Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad para envasado que comprende hemicelulosa y al menos un componente para mejorar la capacidad filmógena seleccionado de entre el grupo que consiste en plastificantes, celulosa y un oligómero o polímero, comprendiendo además tal película o revestimiento polimérico al menos un aditivo/reactivo que aumenta la resistencia a líquidos/humedad de la película, en el que el aditivo/reactivo comprende plaquetas nanoparticuladas de un filosilicato estratificado 2:1 en la hemicelulosa como matriz.
Description
DESCRIPCIÓN
Película o revestimiento polimérico que comprende hemicelulosa
Campo técnico
La presente invención se refiere a una composición filmógena y a una película o revestimiento polimérico que comprende hemicelulosa. La invención también se refiere al uso de tal película o revestimiento como barrera contra oxígeno, aroma o grasa. Además, la invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una película o revestimiento polimérico que comprende hemicelulosa, así como a un procedimiento para mejorar las propiedades de resistencia a líquidos/humedad de la hemicelulosa.
Antecedentes de la invención
Tal como se divulga en el documento WO 2004/083286, la mayoría de los materiales plásticos para envasado se basan, hoy en día, en el petróleo. Sin embargo, los recursos fósiles de la tierra son limitados. La incineración da como resultado un aumento del efecto invernadero y, además, estos materiales no son, en general, degradables. Un desarrollo sostenible en el futuro requiere la conversión al uso de materias primas renovables.
En muchas aplicaciones de envasado de alimentos es importante proteger el alimento del oxígeno, ya que la oxidación de compuestos aromáticos, compuestos grasos y vitaminas debido a la entrada de oxígeno reduce la calidad y/o el sabor del producto. Esto puede realizarse mediante el uso de un material de barrera que presente una baja permeabilidad al oxígeno. Además, es deseable que el material sea flexible, mecánicamente resistente, transparente y de bajo coste. Otras propiedades de barrera, tales como la barrera contra el aroma y la barrera contra la grasa, también pueden ser de gran importancia.
Las hemicelulosas son polisacáridos que se biosintetizan en la mayoría de plantas, donde actúan como material matriz presente entre las microfibrillas de celulosa y como enlace entre la lignina y la celulosa. Las hemicelulosas se han utilizado comercialmente como edulcorantes, espesantes y emulsionantes en alimentos. Hasta ahora, la no utilización de las hemicelulosas en alimentos ha sido muy limitada. Por ejemplo, hasta el documento WO 2004/083286 no se ha sugerido su uso comercial para la preparación de materiales poliméricos para envases. Tal como se divulga en el documento WO 2004/083286, las películas y los revestimientos a base de hemicelulosa constituyen buenas barreras contra el oxígeno. El documento WO 2004/083286 también describe un procedimiento para mejorar las propiedades mecánicas.
La hemicelulosa interactúa con líquidos/humedad y la permeabilidad del oxígeno, el aroma y la grasa aumenta a humedades relativas elevadas. La solubilidad en agua del material es una ventaja en los procesos de revestimiento, pero puede ser un inconveniente para muchas aplicaciones de envasado.
Los documentos US 5.498.662 y US 5.621.026 y su homólogo europeo EP 649 870, así como el documento US 5.897.960 y su homólogo EP 665263 se refieren a una película de barrera de un gas resistente a la humedad y a un proceso para producir tal película, respectivamente, basándose en polímero de ácido poli(met)acrílico (PMA) y un sacárido, con tratamiento térmico de la película. El sacárido es preferiblemente un polisacárido, tal como almidón. El xilano y el arabinoxilano se mencionan, a propósito, como heteropolisacáridos compuestos únicamente por pentosa. El PMA está basado en el petróleo.
Además, el documento US 2005/0070703 propone un procedimiento para la producción de una red basada en polisacáridos biodegradables y resistente a la humedad por homocristalización o heterocristalización de una mezcla de al menos un polisacárido básico y al menos un polisacárido capaz de formar retículos.
Por tanto, existe la necesidad de nuevas composiciones filmógenas biodegradables, que superen los problemas antes mencionados y que presenten la propiedad deseada de poseer una baja permeabilidad al oxígeno, la grasa y/o el aroma.
Sumario de la invención
Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar películas o revestimientos flexibles para envado a base de hemicelulosa y que tengan una resistencia mejorada a líquidos/humedad, tal como se define en la reivindicación 1.
Otro objeto es proporcionar un procedimiento para la fabricación de composiciones filmógenas y películas o revestimientos para envasado a base de hemicelulosa, que se pueden utilizar como barreras contra el oxígeno, el aroma y/o la grasa, tal como se define en la reivindicación 10.
[0012] Estos objetos se logran mezclando hemicelulosa con al menos un componente para mejorar la capacidad
fNmógena seleccionado del grupo que consiste en plastificantes, celulosa y un oligómero o polímero, mezclando y/o haciendo reaccionar la hemicelulosa y dicho al menos un componente con al menos un aditivo/reactivo que aumente la resistencia de la película a líquidos/humedad, en el que el aditivo/reactivo comprende laminillas nanoparticuladas de un filosilicato estratificado 2:1 en la hemicelulosa como matriz, y formando una película o revestimiento a partir de los mismos. La película o revestimiento polimérico así formado se puede usar como barrera contra el oxígeno, el aroma o la grasa, y tal mezcla o reacción se lleva a cabo antes o de manera simultánea a la formación de la película o revestimiento.
La película o el revestimiento polimérico presenta, de manera apropiada, un contenido de hemicelulosa en % en peso seco de 1-99 %, preferiblemente 30-90 %, y más preferiblemente 60-90 %, y un contenido de agente reticulante o agente hidrofobizante en % en peso seco de 0-30 %, preferiblemente 0-20 %, más preferiblemente 0-15 %, especialmente 0-10 %, y más preferiblemente 0-5 %.
De manera apropiada, el filosilicato estratificado 2:1 es un mineral de arcilla y, de manera ventajosa, el mineral de arcilla se selecciona del grupo de la esmectita. Un filosilicato estratificado 2:1 presenta dos láminas tetraédricas intercaladas con una lámina octaédrica central. Las partículas tienen forma de plaquetas con un espesor de aproximadamente 1 nanómetro, es decir, son nanopartículas. El aditivo forma un nanocompuesto con la hemicelulosa como matriz. El material reforzado con nanocompuesto de hemicelulosa/filosilicato proporciona una excelente resistencia a líquidos/humedad.
Además, la resistencia a líquidos/humedad se puede mejorar y la transmisión de oxígeno se puede reducir mediante la exposición de la película o el revestimiento a un tratamiento térmico, de manera apropiada durante un periodo de tiempo comprendido entre 2 segundos y 20 minutos a una temperatura comprendida entre 80 °C y 180 °C y, preferiblemente, entre 120 °C y 160 °C.
Una ventaja adicional es que la materia prima de la presente invención es renovable y puede extraerse de la biomasa.
Los materiales basados en polímeros biosintetizados presentan varias ventajas medioambientales. Después de su uso, estos materiales no dan lugar a un aumento neto de dióxido de carbono en la atmósfera y, además, la mayoría de ellos son biodegradables y, como tales, pueden eliminarse mediante compostaje.
Descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención
En el primer trabajo de investigación que condujo a la invención divulgada en el documento WO 2004/083286 y luego a la presente invención, se demostró que películas coherentes basadas en hemicelulosa, en particular polisacáridos ricos en pentosano, por ejemplo, xilanos, exhiben excelentes propiedades de barrera contra el oxígeno.
Las hemicelulosas son polímeros sustituidos/ramificados de bajo a alto peso molecular. Consisten en diferentes unidades de azúcar dispuestas en diferentes porciones y con diferentes sustituyentes. Los polisacáridos ricos en pentosano poseen un contenido de pentosa predominante y constituyen el mayor grupo de las hemicelulosas.
Tal como se usa en el presente documento, la expresión "polisacárido rico en pentosano" se refiere a un polisacárido que tiene un contenido de pentosano de al menos 20 % en peso y un contenido de xilosa de al menos 20 % en peso; por ejemplo, el polisacárido tiene un contenido de pentosano del 40 % al 80 % en peso y un contenido de xilosa del 40 % al 75 % en peso.
Los polisacáridos ricos en pentosano, en particular xilanos, son los compuestos más preferidos para su uso de acuerdo con la presente invención. Sin embargo, pueden usarse otros tipos de hemicelulosas de acuerdo con la invención, por ejemplo, glucomanano, galactoglucomanano o arabinogalactano.
Los xilanos están presentes en la biomasa, como la madera, los cereales, la hierba y los pastos, y se considera que son el segundo biopolímero más abundante en el reino vegetal. Para separar los xilanos de otros componentes en diferentes fuentes de biomasa, se puede utilizar la extracción con agua y álcali acuoso. Los xilanos también están disponibles comercialmente de fuentes tales como Sigma Chemical Company.
Los xilanos se pueden dividir en los subgrupos de heteroxilanos y homoxilanos. La estructura química de los homoxilanos y heteroxilanos es diferente. Los homoxilanos tienen una cadena principal de residuos de xilosa y tienen algunos sustituyentes de ácido glucurónico o ácido 4-O-metil-glucurónico. Los heteroxilanos también tienen una cadena principal de residuos de xilosa, pero a diferencia de los homoxilanos están ampliamente sustituidos no sólo por sustituyentes de ácido glucurónico o ácido 4-O-metil-glucurónico sino también por residuos de arabinosa. Una ventaja de los homoxilanos en comparación con los heteroxilanos es que los homoxilanos cristalizan en mayor medida. La cristalinidad disminuye tanto la permeabilidad del gas como la sensibilidad a la humedad.
Un ejemplo de homoxilano que puede utilizarse de acuerdo con la invención es el glucuronoxilano.
Ejemplos de heteroxilanos que pueden utilizarse de acuerdo con la invención son arabinoxilano, glucuronoarabinoxilano y arabinoglucuronoxilano.
Pueden usarse xilanos de cualquier biomasa o fuente comercial para producir las películas o revestimientos de la presente invención.
Se puede conseguir una composición filmógena de hemicelulosa, en particular xilanos, mediante diversas estrategias. Una forma de hacerlo es añadir plastificantes de bajo peso molecular. Otra forma de preparar películas coherentes es añadir celulosa finamente dividida. Un tercer procedimiento para obtener películas es la mezcla de xilano con otros oligómeros o polímeros. Una estrategia adicional para lograr mejores propiedades filmógenas es mezclar hemicelulosas de diferentes pesos moleculares o estructuras. También es posible utilizar una combinación de una o más de las estrategias mencionadas anteriormente.
Las películas o los revestimientos pueden prepararse mediante la fundición de una solución o dispersión acuosa del polisacárido rico en pentosano o mediante revestimiento en solución o revestimiento en dispersión del polisacárido rico en pentosano. Aunque podrían usarse otros disolventes como disolventes en la presente invención, el agua es el disolvente más preferido.
Tal como se usa en el presente documento, el término "película" se refiere a una hoja o banda separada que no tiene portador. Sin embargo, como la película o el revestimiento presenta una resistencia mejorada a líquidos/humedad y no se descompone fácilmente en el sistema digestivo, no resultan adecuados para sistemas de administración de fármacos.
Tal como se usa en el presente documento, el término "revestimiento" se refiere a un revestimiento aplicado sobre un portador, por ejemplo, una banda de fibras celulósicas, una hoja o una película para proporcionar una capa de barrera.
La película o el revestimiento de acuerdo con la invención puede presentar un espesor de 100 pm o menos. En particular, la película o el revestimiento puede presentar un espesor de 50 pm o menos o, más específicamente, la película o el revestimiento puede presentar un espesor de 10 pm o menos. Pueden fabricarse películas y revestimientos muy delgados de acuerdo con la presente invención. Por ejemplo, la película o el revestimiento puede presentar un espesor de 2 pm o 1 pm y, con todo, presentar las propiedades deseadas.
Tal como se usa en el presente documento, el término "plastificante" se refiere a una sustancia de bajo peso molecular, que aumenta la flexibilidad del material. Ejemplos de plastificantes que pueden usarse son agua, azúcares tales como glicerol, xilitol, sorbitol y maltitol, etilenglicol, propilenglicol, butanodiol, glicerina y urea.
De forma adecuada, el contenido de plastificante se encuentra en el intervalo de 1 a 60 % en peso seco, por ejemplo, en el intervalo de 20 a 50 % en peso seco.
La celulosa añadida para mejorar las propiedades filmógenas puede provenir de cualquier biomasa tal como algodón, madera y residuos agrícolas o de fuentes comerciales o ser producida por bacterias. Preferiblemente, la celulosa está finamente dividida. De forma adecuada, el contenido de celulosa finamente dividida se encuentra en el intervalo de 1 a 90 % en peso seco, por ejemplo, en el intervalo de 50 a 75 % en peso seco.
Siempre que el componente principal de la película o el revestimiento esté formado por una biomasa, el polímero u oligómero que se añada puede ser de cualquier tipo. Por tanto, aunque se puede utilizar un polímero u oligómero sintético, se prefiere uno que esté basado en biomasa. Por ejemplo, el polímero u oligómero añadido para obtener una película coherente es alcohol polivinílico, almidón o beta-glucano de varios pesos moleculares. De forma adecuada, el contenido de polímero u oligómero se encuentra en el intervalo de 1 a 90 % en peso seco, por ejemplo, en el intervalo de 20 a 75 % en peso seco.
La expresión "barrera contra el oxígeno" utilizada en la presente solicitud se refiere a un material que presenta una baja permeabilidad al oxígeno. La barrera contra el oxígeno puede usarse para proteger una sustancia, por ejemplo, alimentos o medicamentos, de la exposición al oxígeno. Sin embargo, resultará obvio para un experto en la materia que la barrera contra el oxígeno de la presente invención impedirá el paso también de otros gases, tal como una atmósfera protectora de nitrógeno o dióxido de carbono, que pueden ser utilizados dentro de un envase para la conservación de alimentos o medicamentos en el mismo.
La expresión "barrera contra el aroma" utilizada en la presente solicitud se refiere a un material que presenta una baja permeabilidad a sustancias aromáticas. La barrera contra el aroma puede usarse para proteger una sustancia, por ejemplo, alimentos o medicamentos, de la pérdida de sabor y/u olor y de la absorción del sabor y el olor del entorno circundante.
La expresión "barrera contra la grasa" utilizada en la presente solicitud se refiere a un material que presenta una baja permeabilidad a la grasa. La barrera contra la grasa puede usarse para proteger una sustancia, por ejemplo, alimentos o medicamentos, de la exposición a grasas y para evitar que, por ejemplo, el material de envasado se manche de grasa en el producto.
Las películas o los revestimientos poliméricos de acuerdo con la presente invención pueden usarse como barrera contra el oxígeno, barrera contra el aroma y/o barrera contra la grasa, por ejemplo, en el envasado de alimentos o el envasado de productos farmacéuticos. Además, las películas o los revestimientos de la presente invención pueden usarse como barrera contra el oxígeno, barrera contra el aroma y/o capa barrera contra la grasa, por ejemplo, en papel, cartón y plásticos, posiblemente en combinación con un material resistente al agua.
Para aumentar la resistencia a líquidos/humedad de las películas o revestimientos poliméricos de acuerdo con la presente invención, al menos un aditivo/reactivo que aumenta la resistencia a líquidos/humedad se mezcla y/o se hace reaccionar con hemicelulosa. La resistencia a líquidos/humedad mejorada puede detectarse como una reducción de la solubilidad en el agua o como una reducción de la permeabilidad al oxígeno en altas humedades relativas circundantes (más del 50 % de humedad relativa).
Además, para aumentar la resistencia a líquidos/humedad de las películas o los revestimientos poliméricos de acuerdo con la presente invención, al menos un aditivo/reactivo que aumenta la resistencia a líquidos/humedad puede mezclarse y/o hacerse reaccionar con la hemicelulosa y al menos otro componente seleccionado del grupo que consiste en plastificantes, celulosa y un oligómero o polímero. Normalmente, dicho aditivo/reactivo se mezcla con los otros ingredientes, pero si se desea, en algunos casos puede añadirse a la película o al revestimiento ya preparados para crear una capa superficial con una resistencia mejorada a líquidos/humedad.
La película o el revestimiento polimérico presenta, de manera apropiada, un contenido de hemicelulosa en % en peso seco de 1-99 %, preferiblemente 30-90 %, y más preferiblemente 60-90 %, y un contenido de agente reticulante o agente hidrofobizante en % en peso seco de 0-30 %, preferiblemente 0-20 %, más preferiblemente 0-15 %, especialmente 0-10 % y más preferiblemente 0-5 %, siendo dicho al menos un aditivo/reactivo un agente reticulante o un agente hidrofobizante.
Los revestimientos de acuerdo con la presente invención pueden aplicarse sobre sustratos a base de papel, cartón y plásticos.
Una ventaja de utilizar sustratos biodegradables y/o renovables es que el material de envasado multicapa se puede reciclar fácilmente mediante compostaje. Además, el uso de sustratos biodegradables y/o renovables es ventajoso desde el punto de vista medioambiental. Ejemplos de sustratos biodegradables y/o renovables son cartón, papel y plásticos biodegradables y/o renovables como ácido poliláctico, polihidroxialcanoatos, plásticos a base de almidón que incluyen derivados del almidón, plásticos a base de celulosa que incluyen derivados de celulosa, poliésteres biodegradables, poliésteres a base de materias primas renovables, etc.
Se ha descubierto que un inconveniente del revestimiento sobre sustratos basados en fibras, tales como papel y cartón, es que la dispersión o solución acuosa penetra en los poros y fibras que absorben los líquidos del sustrato. Esto provoca que se requiera una mayor cantidad de solución o dispersión para obtener un revestimiento funcional. La hemicelulosa interactúa con la celulosa/las fibras celulósicas en gran medida, ya que se encuentran juntas de forma natural en las plantas y en los tejidos de la madera.
Una forma de superar el problema mencionado anteriormente es realizar un revestimiento previo sobre el sustrato poroso y absorbente de líquido, que reduce la penetración de la solución o dispersión. Además, el uso de un revestimiento previo puede prevenir la formación de fisuras en el revestimiento.
Preferiblemente, el revestimiento previo reduce la porosidad del sustrato. Ejemplos de tales materiales son disoluciones o dispersiones de polímeros viscosos, tales como derivados de celulosa, alcohol polivinílico, almidón, alginato y otros polisacáridos. Más preferiblemente, el revestimiento previo también aumenta la hidrofobicidad del sustrato. Ejemplos de tales materiales son el látex y las resinas termoplásticas.
Además, los revestimientos de acuerdo con la presente invención pueden ser aplicados sobre el sustrato en procesos de revestimiento por solución o revestimiento por dispersión industrial existentes. El revestimiento por dispersión o revestimiento por solución es un proceso que se aplica comúnmente en la producción de papel y cartón. El revestimiento sobre sustratos a base de papel y cartón puede resultar ventajoso, puesto que el equipo del proceso para la aplicación ya se encuentra disponible y no se necesita inversión en maquinaria o equipo nuevo. El tratamiento térmico de acuerdo con la presente invención puede realizarse en asociación con la sección de secado del proceso de revestimiento por dispersión o revestimiento por solución. El tratamiento térmico puede ser de corta duración, tal como corresponde a las velocidades de banda normalmente utilizadas en la producción. La temperatura durante el tratamiento térmico puede corresponder a las temperaturas normalmente utilizadas en la producción.
En una realización preferida, el aditivo es un filosilicato estratificado 2:1, y la película es un material nanocompuesto que comprende plaquetas nanoparticuladas con la hemicelulosa como matriz. Un filosilicato estratificado 2:1 presenta dos láminas tetraédricas intercaladas con una lámina octaédrica central. Las partículas presentan forma de plaquetas con un espesor de aproximadamente 1 nanómetro, es decir, son nanopartículas. El aditivo forma un nanocompuesto con la hemicelulosa como matriz. El material reforzado con nanocompuesto de hemicelulosa/filosilicato proporciona una excelente resistencia a líquidos/humedad.
De manera apropiada, el filosilicato estratificado 2:1 es un mineral de arcilla y, de manera ventajosa, el mineral de arcilla se selecciona del grupo de la esmectita. Preferiblemente, el filosilicato estratificado 2:1 se selecciona del grupo de silicatos estratificados como la saponita, hectorita, bentonita, beidelita, nontronita o montmorillonita. Especialmente la adición de montmorillonita proporciona una excelente resistencia a líquidos/humedad.
El principal problema que debe enfrentarse durante la preparación de nanocompuestos es la tendencia de las nanopartículas/plaquetas a disponerse en forma apilada. Es importante desintegrar estas pilas para lograr una mejora eficiente de las propiedades del material. Solo se necesitan niveles bajos de nanopartículas/plaquetas para observar una mejora significativa debido a la gran superficie de interfaz entre las nanopartículas/plaquetas y la matriz del polímero.
Se utilizan diferentes estrategias para desintegrar las pilas que implican tratamientos físicos y/o químicos previos y/o durante la integración de las nanopartículas/plaquetas en la hemicelulosa.
En una primera etapa, se expande un filosilicato estratificado 2:1 en un disolvente polar, por ejemplo, agua, bajo agitación, por ejemplo, agitación de alto cizallamiento, otra agitación mecánica o agitación magnética, preferiblemente agitación de alto cizallamiento. La expansión puede realizarse a temperaturas comprendidas entre 20 y 140 °C, a una presión por encima del punto de ebullición del disolvente a esa temperatura, preferiblemente entre 80 y 100 °C. El tiempo de expansión puede oscilar entre 1 minuto y 24 horas, preferiblemente entre 15 minutos y 3 horas.
En segundo lugar, se intercala/exfolia un compuesto en el filosilicato estratificado 2:1 expandido, bajo agitación. La intercalación es la inserción de una molécula (o grupo) entre otras dos moléculas (o grupos). Por ejemplo, el compuesto seleccionado se intercala entre las nanopartículas/plaquetas apiladas. La exfoliación es el proceso responsable de romper los agregados de partículas. La temperatura del proceso de intercalación/exfoliación puede estar comprendida entre 20 y 140 °C a una presión por encima del punto de ebullición del disolvente a esa temperatura, preferiblemente entre 80 y 100 °C. El contenido de filosilicato estratificado 2:1 de la película de nanocompuesto puede estar entre el 0,1 y el 15 por ciento en peso, preferiblemente entre el 2 y el 8 por ciento en peso. El tiempo del proceso de intercalación/exfoliación puede oscilar entre 15 minutos y 8 horas.
El compuesto también podría añadirse en la etapa de expansión. También se puede intercalar/exfoliar una mezcla del compuesto y hemicelulosa en el filosilicato estratificado 2:1 expandido.
El compuesto se selecciona de entre un grupo de compuestos que presentan una fuerte afinidad con las escamas, que pueden formar puentes entre las escamas y son solubles en un disolvente polar, por ejemplo, polímeros u oligómeros. En especial, el compuesto se selecciona de entre el grupo que consiste en óxido de polietileno (PEO), alcohol polivinílico (PVOH), poli(acetato de vinilo-alcohol vinílico) P(VAc-VOH), ácido poliacrílico (PAA), ácido polimetacrílico (PMAA), polivinilpirrolidona (PVp), amida poliacrílica (PAAm) y amida polimetacrílica (PMAAm) y sus copolímeros o biopolímeros, por ejemplo, almidón, p-glucano, derivados de celulosa y quitosano. Especialmente, la adición de alcohol polivinílico (PVOh , abreviatura alternativa PVA) facilita el proceso de intercalación/exfoliación y la formación de un nanocompuesto con una excelente resistencia a líquidos/humedad. El peso molecular medio ponderado del PVOH puede estar entre 1 y 1000 kDa, más preferiblemente entre 10 y 300 kDa. El contenido de PVOH de la película de nanocompuesto puede estar entre 0 y 40 por ciento en peso, preferiblemente entre 3 y 9 por ciento en peso.
La hemicelulosa se intercala/exfolia en la mezcla de filosilicato/compuesto estratificado 2:1 durante la agitación a una presión por encima del punto de ebullición del disolvente a esa temperatura. Preferiblemente entre 80 y 100 °C durante 1 minuto a 5 horas, preferiblemente entre 15 minutos y 3 horas. La hemicelulosa también se puede intercalar/exfoliar durante la expansión o intercalar/exfoliar junto con el compuesto durante la expansión.
Los objetos también pueden lograrse sometiendo la película polimérica a temperaturas elevadas, mejorando así las fuerzas secundarias entre las cadenas mediante la eliminación del agua atrapada y promoviendo la reticulación covalente entre las cadenas poliméricas. El tratamiento térmico puede variar entre 2 segundos y 20 minutos y la temperatura de tratamiento puede estar comprendida entre 80 y 180 °C, preferiblemente entre 120 y 160 °C.
[0060] Si se desea, los sustratos revestidos de acuerdo con la presente invención pueden protegerse adicionalmente con una barrera contra la humedad, tales como resinas termoplásticas o cera. Ejemplos de las mismas son poliésteres, tales como tereftalato de polietileno (PET); poliamidas como nailon; poliolefinas tales como polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, polietileno lineal de baja densidad, copolímeros de etileno-acetato de
vinilo, polipropileno, copolímeros de etileno-ácido acrílico, copolímeros de etileno-sal de ácido acrílico y copolímeros de etileno-acrilato de etilo; cloruro de polivinilo; cloruro de polivinilideno; y sulfuro de polifenileno. También se pueden utilizar plásticos biodegradables y/o renovables como ácido poliláctico, polihidroxialcanoatos, plásticos a base de almidón que incluyen derivados de almidón, plásticos a base de celulosa que incluyen derivados de celulosa, poliésteres biodegradables y poliésteres a base de materias primas renovables, etc. Ejemplos de ceras que pueden utilizarse son ceras naturales y sintéticas. Para estructuras multicapa de acuerdo con la presente invención en las que se utilizan otros componentes biodegradables y/o renovables, se prefiere una barrera contra la humedad biodegradable y/o renovable.
Para mejorar la adherencia entre las diferentes capas, se puede utilizar un tratamiento corona. El sustrato puede ser sometido a un tratamiento corona antes del revestimiento en un proceso continuo.
Si se desea, pueden incluirse aditivos convencionales que se conocen en la técnica en el revestimiento de película de la presente invención. Por ejemplo, pigmentos, otros colorantes, estabilizadores, promotores de la adhesión, conservantes, agentes de control del pH, agentes de control de la espuma, modificadores de reología, coadyuvantes de procesamiento y cargas pueden incluirse en las películas y los revestimientos de la presente invención.
Ejemplos
Los ejemplos 1-9 ilustran la producción de la película o el revestimiento básico. Los ejemplos que siguen a continuación ilustran la combinación de revestimientos basados en xilano con otros materiales. Especialmente, el ejemplo 15 ilustra el tratamiento térmico de una película basada en xilano, y los ejemplos 16-18 ilustran realizaciones en las que el aditivo es un filosilicato estratificado 2:1.
Ejemplo 1
Este ejemplo ilustra la producción de una película basada en xilano, en la que se han mejorado las propiedades filmógenas usando el plastificante de bajo peso molecular xilitol. Se investigó una serie de películas que contenían 20 %, 27,5 %, 35 %, 42,5 % y 50 % de xilitol añadido (peso seco). Se solubilizó una mezcla de xilitol y glucoronoxilano obtenido de álamo temblón con un peso total de 1 g en 35 ml de agua a 95 °C durante 15 minutos. A continuación, se vertió la solución sobre placas de Petri de poliestireno con un diámetro de 14 cm. Después de secar a 23 °C y 50 % de humedad relativa (Hr ) durante dos a tres días, se obtuvieron películas transparentes y más o menos flexibles.
La masa molar del glucuronoxilano se midió usando cromatografía de exclusión por tamaño con LiBr 0,05 M en DMSO:agua (90:10) como fase móvil. Se utilizó el siguiente conjunto de columnas PSS (Polymer Standard Service): GRAM 30, 100, 3000 (8x300 mm) y columna de protección (8x50 mm). El caudal fue de 0,4 ml/min a 60 °C, lo que dio como resultado una presión del sistema de 58 bar. Las muestras se disolvieron en el eluyente en un agitador durante 24 horas a temperatura ambiente y se filtraron usando membranas de celulosa regenerada (0,45 pm). Para la detección se utilizaron un detector de RI (Shodex RI-71), un detector de dispersión de luz láser de dos ángulos (detectores de precisión PD 2000) y un detector viscosimétrico (Viscotek H502). Los datos se recopilaron y calcularon utilizando el software WINGPC 6.0 de PSS. Los datos de masa molar se calcularon a partir de las señales de viscosidad y RI mediante calibración universal utilizando estándares de pululano (PSS). La masa molar obtenida fue de 15.000 g/mol.
Las propiedades mecánicas de las películas se midieron usando una máquina de ensayo de tracción (Lloyd L2000R) con una célula de carga de 100 N de capacidad. Las muestras se cortaron en tiras en forma de hueso de perro con un ancho de 1,5 cm. El espesor de las muestras, medido con un micrómetro, fue de 30 a 40 pm. La distancia inicial entre las mordazas era de 20 mm y la velocidad de separación de las mordazas fue constante a 5 mm/min (Ejemplos 1, 2 y 7) o 10 mm/min (Ejemplo 4). Se probaron al menos cinco réplicas de cada material. Para cada muestra se registró la curva tensión-deformación y se calcularon la tensión en la rotura y la deformación en la rotura. La permeabilidad al oxígeno de las películas se midió con un equipo Mocon Oxtran 2/20 utilizando un sensor culombimétrico de oxígeno. El área de la muestra era de 5 cm2 y el análisis se realizó al 50 % de HR. La permeabilidad al oxígeno se calculó a partir de la transmisión de oxígeno y el espesor medido de las películas y se presenta en unidades de (cm3 pm)/(m2 d kPa), donde d = 24 h.
Se investigó la cristalinidad de las películas usando dispersión de rayos X de gran angular (WAXS). Las películas se trituraron hasta obtener un polvo fino usando nitrógeno líquido y las muestras se investigaron con un difractómetro Siemens D5000. Se utilizó radiación CuKa con una longitud de onda de 1,54 A. El ángulo 20 se varió entre 5° y 30°.
continuación
La flexibilidad aumentó al aumentar la cantidad de plastificante añadido. Todas las películas eran semicristalinas y el grado de cristalinidad se vio poco afectado por la adición de xilitol. Normalmente, una cristalinidad disminuida da como resultado propiedades de barrera reducidas. La permeabilidad al oxígeno de 1,10 (cm3 |jm/(m2 d kPa) muestra que la película constituye una buena barrera contra el oxígeno.
Ejemplo 2
Este ejemplo ilustra la producción de una película basada en xilano, donde se han mejorado las propiedades filmógenas utilizando el plastificante de bajo peso molecular sorbitol. Se usó el mismo procedimiento que en el Ejemplo 1, salvo que se utilizó sorbitol como plastificante en lugar de xilitol y se investigó la serie que incluía tres niveles de plastificantes, a saber, 20 %, 35 % y 50 %.
flexibilidad de las películas aumentó al aumentar la cantidad de sorbitol. La adición de sorbitol tuvo solo un efecto menor sobre la cristalinidad relativa de las películas. Normalmente, una cristalinidad disminuida da como resultado propiedades de barrera reducidas.
La permeabilidad al oxígeno de 0,21 (cm3 jm/(m2 d kPa) muestra que la película constituye una muy buena barrera contra el oxígeno.
Ejemplo 3
Este ejemplo ilustra la producción de películas realizadas a partir de xilano y alcohol polivinílico. Se utilizó el mismo procedimiento que en el Ejemplo 1, pero se mezclaron 0,75 g de alcohol polivinílico (PM 20.000) con 0,25 g de xilano. Se formaron películas flexibles. La permeabilidad al oxígeno medida de las películas fue 0,18 (cm3 jm/(m2 d kPa), lo que muestra que la película constituye una muy buena barrera contra el oxígeno.
Ejemplo 4
Este ejemplo ilustra la producción de películas realizadas a partir de xilano y celulosa finamente dividida. Se añadieron 0,37 g de glucuronoxilano, solubilizado en 20 ml de agua a 95 °C durante 15 minutos, a 1,13 g de celulosa bacteriana homogeneizada en 120 ml de agua. Se dejó que la mezcla interactuara durante 30 minutos. El gel resultante se vertió sobre una placa Petri de poliestireno con un diámetro de 14 cm y se secó a 50 °C durante 48 h. Después de secar, se obtuvo una película flexible. Las películas producidas de acuerdo con este procedimiento presentaron un esfuerzo a la rotura de 102,8 MPa, lo que demuestra que la celulosa refuerza la película. La deformación a la rotura fue del 3,1 % y la permeabilidad al oxígeno de 0,225 (cm3 jm/(m2 d kPa) muestra que la película constituye una muy buena barrera contra el oxígeno.
Ejemplo 5
Este ejemplo ilustra la producción de una película basada en xilano, donde el xilano se obtiene a partir de un residuo agrícola, como avena, cáscaras de cebada o lino. Se solubilizó 1 g de arabinoxilano en 35 ml de agua a 95 °C durante 15 minutos. A continuación, la solución se vertió en una placa Petri de poliestireno con un diámetro de 14 cm. Después de secar a 23 °C y 50 % de HR durante dos a tres días, se obtuvieron películas flexibles.
En este caso, el agua es el plastificante preferido. La posibilidad de obtener películas de arabinoxilano sin la adición de ningún otro plastificante que el agua constituye un aspecto muy ventajoso y sorprendente de la presente invención.
El espesor de las películas, medido con un micrómetro, fue de 30-40 jm.
La masa molar del arabinoxilano se midió usando cromatografía de exclusión por tamaño tal como se describe en el Ejemplo 1. La masa molar obtenida fue de 34.000 g/mol.
La permeabilidad al oxígeno de la película fue de 0,19 (cm3 jm/(m2 d kPa), donde d = 24 h, que es un valor bajo, lo que indica una muy buena barrera.
Ejemplo 6
Este ejemplo ilustra la producción de un revestimiento basado en xilano. Se solubilizó una mezcla de 0,105 g de sorbitol y 0,195 g de glucoronoxilano obtenido de álamo temblón en 30 ml de agua a 95 °C durante 15 minutos. A continuación, la solución se vertió sobre una película de plástico en una placa Petri de poliestireno con un diámetro de 14 cm. Después de secar a 23 °C y 50 % de HR durante dos a tres días, se obtuvo un revestimiento de xilano sobre la película plástica.
La masa molar del glucuronoxilano se midió usando cromatografía de exclusión por tamaño tal como se describe en el Ejemplo 1. La masa molar obtenida fue de 15.000 g/mol.
El espesor del revestimiento se obtuvo restando el espesor de la película de plástico del espesor de la película de plástico con el revestimiento de xilano, medido con un micrómetro. El espesor del revestimiento obtenido era de 1 |jm. En este ejemplo, se realizó con éxito un revestimiento delgado a base de xilano. Poder producir revestimientos delgados es importante en muchas aplicaciones industriales.
Ejemplo 7
Este ejemplo ilustra la producción de una película basada en glucomanano, en la que se han mejorado las propiedades filmógenas utilizando sorbitol, plastificante de bajo peso molecular. Se investigaron películas sin sorbitol y películas que contenían 20 % de sorbitol añadido (peso seco). Se solubilizó una mezcla de sorbitol y glucomanano con un peso total de 0,2 g en 20 ml de agua a 95 °C durante 15 minutos. A continuación, se vertió la solución sobre placas de Petri de poliestireno con un diámetro de 9 cm. Después de secar a 23 °C y 50 % de HR durante dos a tres días, se obtuvieron películas transparentes y más o menos flexibles.
Las propiedades mecánicas de las películas se midieron de acuerdo con el Ejemplo 1. El espesor de las muestras, medido con un micrómetro, fue de 60-70 jm.
La flexibilidad aumentó con la adición de plastificante.
Ejemplo 8
Este ejemplo ilustra la producción de una película basada en arabinoxilano a partir de cáscaras de cebada, donde el xilano tiene una masa molar elevada, superior a 50.000 g/mol. Se solubilizó 1 g de arabinoxilano en 35 ml de agua a 95 °C durante 15 minutos. A continuación, la solución se vertió en una placa Petri de poliestireno con un diámetro de 14 cm. Después de secar a 23 °C y 50 % de HR durante dos a tres días, se obtuvieron películas flexibles.
En este caso, el agua es el plastificante preferido. La posibilidad de obtener películas de arabinoxilano sin la adición de ningún otro plastificante que el agua constituye un aspecto muy ventajoso y sorprendente de la presente invención.
El espesor de las películas, medido con un micrómetro, fue de 30-40 jm.
La masa molar del arabinoxilano se midió usando cromatografía de exclusión por tamaño en un sistema acuoso. La masa molar obtenida fue de 73.900 g/mol.
La permeabilidad al oxígeno de la película fue de 0,45 (cm3 jm/(m2 d kPa), donde d = 24 h, y muestra que la película constituye una muy buena barrera contra el oxígeno.
En los siguientes ejemplos, el ingrediente principal de las películas fue xilano obtenido de cáscaras de cebada, a menos que se indique lo contrario. Se utilizaron dos películas de referencia diferentes, película de xilano puro y película de xilano que contenía una adición de sorbitol al 30 %.
Además, la temperatura durante la adición/reacción del aditivo/reactivo se mantuvo entre 0 y 300 °C, preferiblemente entre 20 y 100 °C durante menos de una hora, preferiblemente menos de 10 minutos, más preferiblemente de manera correspondiente a las velocidades de la banda normalmente utilizadas en la producción, y el contenido del aditivo/reactivo utilizado para aumentar la resistencia a líquidos/humedad, en % en peso seco, fue de 0-30 %, preferiblemente de 0-20 %, más preferiblemente de 0-15 %, especialmente de 0-10 %, y más preferiblemente de 0-5 %.
Ejemplo 9
La solubilidad de las películas de xilano de referencia se probó cortando una película de 30-40 |jm de espesor en piezas cuadradas, de 5 * 5 mm, y sumergiéndolas en agua Milli-Q® a temperatura ambiente en un tubo de ensayo en un aparato de agitación. Las películas de referencia con solo agua como plastificante se solubilizaron completamente después de 37 segundos. Se solubilizaron películas de referencia con sorbitol al 30 % como plastificante después de 23 segundos. Se trata de tiempos muy cortos que afectarán a la posibilidad de utilizar estos materiales en aplicaciones en condiciones de humedad.
Las mediciones de la tasa de transmisión de oxígeno se realizaron al 83 % de humedad relativa, es decir, un contenido de humedad muy alto y la permeabilidad al oxígeno se calculó a partir de la tasa de transmisión de oxígeno y el espesor de las muestras.
Una película de referencia de arabinoxilano obtenido de cáscara d2e cebada presentó una permeabilidad al oxígeno de 500,4 (cm3 jm)/(m2 d kPa), donde d = 24 h y 381,2 (cm3 jm)/(m2 d kPa), donde d = 24 h en dos mediciones. Ejemplo 10
Este ejemplo ilustra la producción de un revestimiento basado xilano sobre tereftalato de polietileno (PET) y muestra que el xilano se puede combinar con éxito con películas de plástico para aplicaciones de envasado multicapa. Se solubilizó una mezcla de arabinoxilano y sorbitol en una proporción de 7:3 en agua a 95 °C durante 30 minutos. El contenido seco de la solución fue del 12,5 %. La solución se revistió sobre una película de PET (Mylar 800, 36 jm ) usando una barra de medición de alambre enrollado (K Control Coater). El revestimiento se secó con IR durante uno a dos minutos.
El peso del revestimiento se obtuvo restando el peso superficial de la película de PET puro del peso superficial de la película de PET revestido. El peso de la capa seca fue de 5 g/m2.
La permeabilidad al oxígeno del revestimiento fue de 0,32 (cm3 jm)/(m2 d kPa), que constituye una muy buena barrera.
Ejemplo 11
Este ejemplo ilustra la producción de un revestimiento basado en xilano sobre un sustrato revestido previamente que consiste en cartón (Invercoat Creato, Iggesund Paperboard) y además la producción de material multicapa para aplicaciones de envasado. El material multicapa se puede utilizar para envases a base de cartón en aplicaciones secas y húmedas. El revestimiento se realizó utilizando un dispositivo de revestimiento eléctrico de laboratorio (K202 Control Coater) con varillas de medición de alambre enrollado que proporcionó distintos pesos de revestimiento húmedo. Se aplicó un revestimiento previo de látex (látex de estireno butadieno, de Ciba) sobre el cartón y se secó durante un minuto usando IR. El peso de la capa seca del revestimiento previo fue de 9 g/m2. Se solubilizó una mezcla de arabinoxilano y sorbitol en una proporción de 7:3 en agua a 95 °C durante 30 minutos. El contenido seco de la solución fue del 12,5 %. La solución se revistió sobre el sustrato revestido previamente y se secó durante dos minutos usando IR. El peso de la capa seca del revestimiento basado en xilano fue de 5 g/m2. Se extruyó polietileno de baja densidad sobre ambos lados del sustrato revestido en un equipo de revestimiento piloto. El peso del revestimiento de polietileno de baja densidad fue de 40 g/m2/lado.
La tasa de transmisión de oxígeno del material multicapa obtenido fue de 0,6 cm3/m2 día atm), que constituye una muy buena barrera. La tasa de transmisión de oxígeno se mide en unidades "cc" (es decir, cm3/m224 h atm, medido con 100 % de O2). Si se desea, el valor medido se puede convertir en permeabilidad convirtiendo atm en kPa y teniendo en cuenta el espesor de la película/el revestimiento. Si, por ejemplo, se miden 5 cc para una película de 40 jm de espesor, la permeabilidad será (5/101,325) * 40 = 1,97 (cm3 jm)/(m2 d kPa), donde d = 24 h.
Ejemplo 12
Este ejemplo ilustra la producción de un revestimiento basado en xilano sobre un sustrato sometido a tratamiento corona que consta de tereftalato de polietileno (PET), polietileno de baja densidad (LDPE) o polipropileno (PP) y además la evaluación del efecto del tratamiento corona sobre la adhesión. El revestimiento se preparó utilizando una varilla de medición de alambre enrollado que proporcionó un revestimiento húmedo de 100 jm. Antes del
revestimiento, los sustratos se trataron con un sistema corona FG-2 Ahlbrandt con 2,5 A, a una velocidad de 10 m/min y un voltaje de salida de 56 V. Los electrodos estaban a una distancia de 1,8 mm entre sí. Se solubilizó una mezcla de arabinoxilano y sorbitol en una proporción de 7:3 en agua a 95 °C durante 30 minutos. El contenido seco de la solución fue del 12,5 %. La solución se revistió sobre el sustrato sometido a tratamiento corona y se secó durante dos minutos usando IR. La adhesión entre el sustrato y el revestimiento se evaluó con una prueba de cinta y se comparó con revestimientos sobre el mismo sustrato que no habían sido sometidos a tratamiento corona. Se realizaron diez mediciones para cada muestra. Se fijó un trozo de cinta a la superficie del revestimiento y se tiró rápidamente del mismo con un ángulo de 90 grados. Se dieron los casos de que o bien el revestimiento no se vio afectado y el resultado fue entonces "aprobado" o el revestimiento se desprendió del sustrato y el resultado se consideró entonces "suspendido". Los resultados se resumen en la siguiente tabla.
Los resultados muestran que la adhesión a varios materiales plásticos se mejora en gran medida mediante el tratamiento corona y que el tratamiento corona puede usarse con éxito cuando se combinan revestimientos basados en xilano y diferentes materiales plásticos.
Ejemplo 13
Este ejemplo ilustra la producción de un revestimiento basado en xilano sobre un sustrato que consiste en papel revestido con polietileno. Se solubilizó una mezcla de arabinoxilano y sorbitol en una proporción de 7:3 en agua a 95 °C durante 30 minutos. El contenido seco de la solución fue del 12,5 %. La solución se revistió sobre el sustrato usando una varilla de medición de alambre enrollado (K Control Coater). El revestimiento se secó con IR durante uno a dos minutos. El peso del revestimiento seco obtenido fue de 7 g/m2.
Se evaluaron las propiedades de barrera contra la grasa del sustrato revestido y se compararon con un sustrato no revestido. Se colocó una gota de aceite esencial (también conocido como aceite volátil y aceite etéreo) en la parte frontal de los sustratos revestidos y no revestidos (lado revestido de xilano y revestido de polietileno, respectivamente) y las muestras se colocaron en un horno a 70 °C. Se observó la formación de manchas de grasa en el reverso de las muestras. Para el sustrato sin revestimiento, se formaron manchas de grasa después de dos minutos. Después de 60 minutos se interrumpió la prueba y no se pudieron observar manchas de grasa en el sustrato revestido. El aceite esencial se utilizó para simular compuestos grasos y aromáticos, como por ejemplo especias.
El sustrato revestido se usó además para la producción de bolsas, que se rellenaron con especias aromáticas. La transmisión de compuestos aromáticos se observó mediante el olfato. El olor se redujo considerablemente en el caso de las bolsas basadas en sustratos revestidos en comparación con las bolsas basadas en sustratos no revestidos.
Este ejemplo muestra que los revestimientos basados en xilano pueden usarse sucesivamente para envasar productos grasos y aromáticos.
Ejemplo 14
Este ejemplo ilustra la producción de un revestimiento basado en xilano sobre un sustrato que consiste en cartón (cartón líquido, Stora Enso). Se solubilizó una mezcla de arabinoxilano y glicerol en una proporción de 8:2 en agua a 95 °C durante 30 minutos. El contenido seco de la solución fue del 10 %. La solución se revistió sobre el sustrato usando una varilla de medición de alambre enrollado (K Control Coater). El revestimiento se secó usando IR durante uno a dos minutos. El peso del revestimiento seco obtenido fue de 25 g/m2.
Las propiedades de barrera contra la grasa se evaluaron de acuerdo con el kit de prueba (TAPPI T559). Las propiedades de barrera contra la grasa del sustrato revestido fueron de nivel 12, el nivel más alto. El sustrato sin revestimiento no mostró propiedades de barrera contra la grasa y suspendió en el nivel 0, el nivel más bajo.
Ejemplo 15
Este ejemplo ilustra el uso de tratamiento térmico para mejorar la resistencia a líquidos/humedad y para reducir la permeabilidad al oxígeno de las películas y los revestimientos de xilano. La película fue tratada a 140 °C durante 10 minutos en un horno de circulación forzada. La resistencia a líquidos/humedad y la permeabilidad al oxígeno se muestran en la siguiente tabla.
La resistencia a líquidos/humedad de las películas se determinó con una prueba de tamaño de fragmento cortando una película de 60 a 80 |jm de espesor en piezas cuadradas, de 5 * 5 mm, y sumergiéndolas en agua Milli-Q a temperatura ambiente en un tubo de ensayo en un aparato de agitación. El tamaño del fragmento se da como la longitud característica después de un tiempo específico en el aparato de agitación.
La película fue tratada a 140 °C durante 10 minutos en un horno de circulación forzada. La resistencia a líquidos/humedad y la permeabilidad al oxígeno se muestran en la siguiente tabla.
Los resultados muestran que el tratamiento térmico de la película o revestimiento puede usarse para mejorar la resistencia a los líquidos/humedad y reducir la permeabilidad al oxígeno de las películas de xilano
Ejemplo 16
Este ejemplo ilustra el uso de montmorillonita como refuerzo nanocompuesto en películas y revestimientos de xilano. También ilustra el uso de alcohol polivinílico (PVOH) como compuesto y el efecto de su peso molecular. La montmorillonita se expande en agua a 25 °C como una suspensión al 1 % durante 24 horas bajo alta agitación de cizallamiento. Se intercala alcohol polivinílico (PVOH) en una solución acuosa en la montmorillonita durante 4 horas a 90 °C bajo agitación magnética. El xilano y el sorbitol se dispersan en la solución de PVOH/montmorillonita. La proporción de componentes en la película fue xilano:montmorillonita:PVOH:sorbitol 1:0,11:0,1:0,3 Se utilizaron dos pesos moleculares diferentes de PVOH, 45 y 85-124 kDa. La resistencia a líquidos/humedad se muestra en la siguiente tabla.
Estos resultados muestran que la montmorillonita en combinación con PVOH puede usarSE para mejorar la resistencia a líquidos/humedad en películas y revestimientos de xilano. Un aumento del peso molecular del PVOH favorece esta mejora.
Ejemplo 17
Este ejemplo ilustra el uso de montmorillonita como nano-refuerzo en películas o revestimientos de xilano en combinación con el tratamiento térmico de la película o EL revestimiento. La montmorillonita se expande en agua a 25 °C durante 24 horas bajo alta agitación. Se intercala alcohol polivinílico (PVOH) (PM 146-186 kDa) en una solución acuosa en la montmorillonita durante 4 horas a 90 °C bajo agitación magnética. El xilano y el sorbitol se dispersan en la suspensión de PVOH/montmorillonita. La proporción de componentes en la película fue xilano:montmorillonita:PVA:sorbitol 1:0,11:0,1:0,3. Se trataron térmicamente dos películas a 140 °C durante 10 minutos en un horno de circulación forzada. La resistencia a líquidos/humedad y la permeabilidad al oxígeno se muestran en la siguiente tabla.
El resultado muestra un efecto sinérgico entre el uso de montmorillonita como un nano-refuerzo y el tratamiento térmico para mejorar la resistencia a líquidos/humedad y reducir la permeabilidad al oxígeno de las películas y los revestimientos de xilano.
Ejemplo 18
Este ejemplo ilustra el uso de montmorillonita como nano- refuerzo en películas y revestimientos de xilano y el efecto de la adición de alcohol polivinílico. La montmorillonita se expande en agua a 25 °C durante 24 horas bajo alta agitación. Se intercala alcohol polivinílico (PVOH) (PM = 146-186) en una solución acuosa en la montmorillonita durante 4 horas a 90 °C bajo agitación magnética. El xilano y el sorbitol se dispersan en la suspensión de PVOH/montmorillonita. Las proporciones de componentes en las películas xilano:montmorillonita:PVA:sorbitol fueron 1:0,11:0,1:0,3 y 1:0,11:0,05:0,3. Las películas se trataron térmicamente a 140 °C durante 10 minutos en un horno de circulación forzada. La resistencia a líquidos/humedad y la permeabilidad al oxígeno se muestran en la siguiente tabla.
Estos resultados muestran que un aumento en la cantidad de PVOH da como resultado un aumento en la resistencia a líquidos/humedad y una reducción en la permeabilidad al oxígeno en películas y revestimientos de nanocompuestos de xilano/montmorillonita.
Aplicabilidad industrial
Una ventaja de la presente invención es que la película o el revestimiento es biodegradable, lo que facilita el reciclaje.
Una ventaja adicional es que el material se basa en recursos renovables, lo que es favorable desde el punto de vista medioambiental.
Una ventaja adicional es que las películas o los revestimientos de acuerdo con la presente invención se basan en recursos renovables, que pueden extraerse de subproductos de bajo valor de la madera y residuos agrícolas. Por tanto, las películas y los revestimientos tienen un gran potencial para resultar rentables en volúmenes de producción a gran escala.
El precio del petróleo crudo ha aumentado mucho últimamente y se espera que aumente aún más en el futuro. Esto también ha llevado a un gran aumento de los precios de los materiales plásticos sintéticos. Dado que las películas y los revestimientos de acuerdo con la presente invención se basan en recursos renovables, son menos sensibles a los precios del petróleo y la rentabilidad puede ser incluso mayor en el futuro.
Claims (13)
1. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad para envasado que comprende hemicelulosa y al menos un componente para mejorar la capacidad filmógena seleccionado de entre el grupo que consiste en plastificantes, celulosa y un oligómero o polímero, comprendiendo además tal película o revestimiento polimérico al menos un aditivo/reactivo que aumenta la resistencia a líquidos/humedad de la película, en el que el aditivo/reactivo comprende plaquetas nanoparticuladas de un filosilicato estratificado 2:1 en la hemicelulosa como matriz.
2. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho filosilicato estratificado 2:1 es un mineral de arcilla.
3. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho mineral de arcilla se selecciona del grupo de la esmectita.
4. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el contenido de filosilicato estratificado 2:1 de la película o el revestimiento nanocompuesto está comprendido entre 0,1 y 15 por ciento en peso, preferiblemente entre 2 y 8 por ciento en peso.
5. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que al menos un compuesto de un grupo de compuestos que presentan una fuerte afinidad con las plaquetas, que pueden formar puentes entre las plaquetas y son solubles en un disolvente polar, se intercala o se exfolia en el filosilicato estratificado 2:1.
6. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho compuesto es un polímero o un oligómero.
7. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho compuesto se selecciona de entre el grupo que consiste en óxido de polietileno (PEO), alcohol polivinílico (PVOH), poli(acetato de vinilo-alcohol vinílico) P(VAc-VOH), ácido poliacrílico (PAA), ácido polimetacrílico (PMAA), polivinilpirrolidona (PVp), amida poliacrílica (PAAm) y amida polimetacrílica (PMAAm) y sus copolímeros o biopolímeros, por ejemplo, almidón, p-glucano, derivados de celulosa y quitosano.
8. Película o revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicho compuesto es alcohol polivinílico (PVOH) que tiene un peso molecular medio ponderado entre 1 y 1000 kDa, preferiblemente entre 10 y 300 kDa, y en el que el contenido de alcohol polivinílico (PVOH) en la película o el revestimiento nanocompuesto es de hasta un 40 por ciento en peso, preferiblemente de entre un 3 y un 9 por ciento en peso.
9. Uso de una película o revestimiento polimérico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores como barrera contra el oxígeno, el aroma o la grasa.
10. Procedimiento para la fabricación de una película o un revestimiento polimérico resistente a líquidos/humedad para envasado, que comprende mezclar hemicelulosa con al menos un componente seleccionado de entre el grupo que consiste en plastificantes, celulosa y un oligómero o polímero, mezclando y/o haciendo reaccionar la hemicelulosa y dicho al menos un componente con al menos un aditivo/reactivo que aumenta la resistencia a líquidos/humedad de la película, en el que el aditivo/reactivo comprende plaquetas nanoparticuladas de un filosilicato estratificado 2:1 que forman un nanocompuesto con la hemicelulosa como matriz.
11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende mezclar tal hemicelulosa con al menos un componente seleccionado de entre el grupo que consiste en plastificantes, celulosa y un oligómero o polímero, comprendiendo dicho procedimiento además las etapas de
- expandir un filosilicato estratificado 2:1 en un disolvente polar;
- añadir un compuesto intercalante/exfoliante durante o después de la expansión del filosilicato estratificado 2:1, presentando dicho compuesto una fuerte afinidad con las plaquetas que se forman a partir del filosilicato, pudiendo además dicho compuesto formar puentes entre las plaquetas y ser soluble en el disolvente polar; - intercalar/exfoliar hemicelulosa en el filosilicato estratificado 2:1, bien añadiendo la hemicelulosa a la mezcla de filosilicato/compuesto resultante o añadiendo la hemicelulosa como tal o en una mezcla de hemicelulosa y compuesto durante o después de la expansión del filosilicato estratificado 2:1; y
- formar la mezcla resultante en una película o un revestimiento nanocompuesto reforzado con la hemicelulosa como matriz.
12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además las etapas de
- expandir el filosilicato estratificado 2:1 en un disolvente polar mientras se agita a una temperatura comprendida entre 20 °C y 140 °C, preferiblemente entre 80 °C y 100 °C, y a una presión que esté por encima del punto de
ebullición del disolvente en esa temperatura, durante un periodo de tiempo comprendido entre 1 minuto y 24 horas, preferiblemente entre 15 minutos y 3 horas;
- añadir el compuesto intercalante/exfoliante mientras se agita a una temperatura comprendida entre 20 °C y 140 °C, preferiblemente entre 80 °C y 100 °C, y a una presión que esté por encima del punto de ebullición del disolvente a esa temperatura, durante un periodo de tiempo comprendido entre 15 minutos y 8 horas durante o después de la expansión del filosilicato estratificado 2:1; e
- intercalar/exfoliar hemicelulosa en la mezcla de filosilicato estratificado 2:1/compuesto mientras se agita a una presión superior al punto de ebullición del disolvente a esa temperatura, preferiblemente entre 80 °C y 100 °C, durante un periodo de tiempo comprendido entre 1 minuto y 5 horas, preferiblemente entre 15 minutos y 3 horas, durante la expansión o la intercalación/exfoliación del filosilicato estratificado 2:1 junto con o sin el compuesto durante la expansión.
13. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11a 12 que comprende, además, formar una película o un revestimiento a partir de la mezcla de hemicelulosa y tratar térmicamente la película o el revestimiento durante un periodo de tiempo comprendido entre 2 segundos y 20 minutos a una temperatura comprendida entre 80 °C y 180 °C, preferiblemente entre 120 °C y 160 °C.
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