ES2877357T3

ES2877357T3 - Un método para fabricar un material de envasado

Info

Publication number: ES2877357T3
Application number: ES15751275T
Authority: ES
Inventors: Kimmo Nevalainen; Jari Räsänen; Ville Ribu
Original assignee: Stora Enso Oyj
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: PL3107728T3; SE538498C2; EP3107728A1; PT3107728T; SE1450204A1; CN105980154A; AU2015220443A1; WO2015125101A1; EP3107728A4; US20170008264A1; BR112016019125A2; EP3107728B1; US10040273B2; CN105980154B

Abstract

Un método para la fabricación de un material de envasado termosellable, que comprende la coextrusión sobre una base de papel fibroso, cartón o cartulina (1), en contacto directo con la misma, un revestimiento multicapa (2), caracterizado porque dicho revestimiento multicapa (2) comprende una capa polimérica más interna que contiene una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno de baja densidad (LDPE) que tiene un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) y (ii) de 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min (190 °C, 2,16 kg), una capa polimérica intermedia de barrera de vapor (3) y una capa termosellable más externa (4) de la misma mezcla que dicha capa más interna, la capa más interna se adhiere el revestimiento de dicha base fibrosa y la capa más externa forma una capa termosellable, excluidos los materiales que comprenden una capa coextruida, de más del 90 % en peso de polietileno de alta densidad (HDPE).

Description

DESCRIPCIÓN

Un método para fabricar un material de envasado

Campo de la invención

La invención se refiere a un método para fabricar un material de envasado, en el que las capas de revestimiento de polímero se extruyen sobre una base fibrosa, como papel, cartón o cartulina. Además, la invención se refiere a un material de envasado revestido de polímero proporcionado por el método, así como a una taza para beber desechable y otros productos fabricados a partir del material.

Antecedentes de la invención

Los materiales de envasado a base de fibra para contenedores y envases de productos, como el papel o cartón para envasar, suelen proporcionarse con un revestimiento polimérico que hace que el material sea hermético a los líquidos y permite la formación del contenedor o envase mediante termosellado. Los artículos típicos hechos de papel o cartón revestido de polímero son envases de líquidos y vajillas desechables, tales como tazas para beber. El LDPE (polietileno de baja densidad) se usa ampliamente para revestir debido a su buena capacidad de termosellado.

Recientemente en el mercado ha habido una demanda creciente de tales productos de papel o cartón hechos únicamente o al menos predominantemente de materias primas de fuentes renovables, es decir, materias primas de origen biológico. Tradicionalmente, los polietilenos se han producido a partir de materias primas fósiles como el petróleo. Más recientemente se han desarrollado polietilenos elaborados a partir de caña de azúcar, remolacha azucarera o grano de trigo, en especial bio-LLDPE (polietileno lineal de baja densidad) y bio-HDPE (polietileno de alta densidad) de fácil disponibilidad. También se conoce el bio-LDPE, es decir, el polietileno de baja densidad habitual con una estructura ramificada, pero tiene un suministro limitado y, en consecuencia, un precio elevado. Hasta ahora, todos estos nuevos productos poliméricos se han adaptado para la fabricación de películas poliméricas y se ha descubierto que su idoneidad para el revestimiento por extrusión es deficiente.

El documento EP 1059 162 A2 describe materiales de envasado que tienen capas de una mezcla de LDPE y LLDPE como una monocapa o como una capa más interna o una capa más externa de un revestimiento multicapa sobre una base de cartón. Las enseñanzas se enfocan principalmente en una barrera de polímero de cristal líquido, y no se mencionan las proporciones de LDPE y LLDPE en la mezcla.

El documento WO 00/776862 A1 divulga una monocapa de una mezcla de LDPE y LLDPE sobre una base de cartón, sin enseñar las proporciones de los polímeros en la mezcla. En esta referencia, la enseñanza principal se centra en una capa compuesta de polímero/nanoarcilla como barrera contra el oxígeno y la humedad.

El documento WO 98/26994 A1 se refiere a un laminado de envasado con una capa externa de una mezcla de polietileno de metaloceno y polietileno de baja densidad (LDPE).

El documento US 2012/207954 A1 divulga un laminado de envasado multicapa que comprende una capa externa de polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad y un agente antibloqueo, y una capa interna que comprende polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad y un agente de deslizamiento, y una segunda capa externa que comprende polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, un agente antibloqueo y una superficie metalizada.

Sumario de la invención

Por lo tanto, se necesita un proceso mejorado que permita el uso técnicamente eficaz y rentable de LLDPE, en especial el LLDPE de grado de película de origen biológico fácilmente disponible en el mercado actual, para el revestimiento por extrusión sobre una base fibrosa como papel, cartón o cartulina. El requisito principal es lograr una buena adhesividad de la capa de revestimiento a la base fibrosa. Además, la capa de revestimiento debería servir ventajosamente como capa más interna de revestimientos multicapa con buenas características de barrera de vapor y termosellado, así como con pesos de capa de revestimiento lo más bajos posible.

Según la invención, sorprendentemente se ha logrado un revestimiento polimérico superior mediante la coextrusión sobre una base de papel fibroso, cartón o cartulina, en contacto directo con la misma, un revestimiento multicapa que comprende una capa polimérica más interna que contiene una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno ramificado de baja densidad (LDPE) que tiene un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) y (ii) de 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min (190 °C, 2,16 kg), una capa polimérica intermedia de barrera de vapor y una capa termosellable más externa de la misma mezcla que dicha capa más interna, la capa más interna se adhiere el revestimiento de dicha base fibrosa y la capa más externa forma una capa termosellable, excluidos los materiales que comprenden una capa coextruida, de más del 90 % en peso de polietileno de alta densidad (HDPE).

Por lo tanto, los métodos de fabricación de materiales que comprenden una capa coextruida, cuya capa está dispuesta más hacia afuera en comparación con la capa más interna, por ejemplo, en el lado externo de la capa más interna o entre las capas más interna y externa, están excluidas del método reivindicado. La exención de responsabilidad anterior elimina una superposición con la solicitud de patente sueca 1300276-1 presentada anteriormente aún secreta a la fecha de prioridad de la presente solicitud.

En comparación con un revestimiento convencional del 100 % de LDPE, la invención aporta una resistencia de sellado mejorada, y en comparación con un revestimiento del 100 % de LLDPE, la invención aporta una capacidad de ejecución mejorada en la extrusión y una adhesión mejorada a la base fibrosa. El resultado es una solución viable que tiene la ventaja de aumentar notablemente la proporción de material de origen biológico a un costo aceptable y una fácil disponibilidad de los materiales.

Como tal, la mezcla de diferentes tipos de polietilenos es habitual, y en la literatura se pueden encontrar multitud de recetas de este tipo. Sin embargo, esas enseñanzas están destinadas principalmente a hacer películas de polímero, no revestimientos sobre una base fibrosa, y por lo tanto no dicen nada sobre la adhesividad de tales mezclas a una base fibrosa, ya que es un aspecto importante de la presente invención. Además, normalmente se describen cantidades menores de LLDPE mezcladas con una parte importante de LDPE ramificado habitual, y no a la inversa como enseñan los presentes inventores.

Como realizaciones preferidas de la invención, la mezcla de polímeros puede contener del 80 al 90 % en peso, preferiblemente del 80 al 85 % en peso, y con máxima preferencia el 80 % en peso de LLDPE y del 10 al 20 % en peso, preferiblemente del 15 al 20 % en peso y con máxima preferencia el 20 % en peso de LDPE.

Por lo tanto, la invención hace posible un mayor uso de bio-HDPE para conseguir, por medios sencillos, una barrera mejorada al vapor del agua en el producto de papel o cartón.

El HDPE en general tiene una ventaja sobre el LDPE o el LLDPE al proporcionar una barrera superior al vapor del agua, que es muy deseable en contenedores de líquidos y envases. Por otro lado, e1HDPE tiene una mala capacidad de termosellado debido a su temperatura de fusión más alta en comparación con el LDPE, e incluso su adhesividad en contacto directo con una base fibrosa es deficiente. Además, e1HDPE puro no es adecuado para el revestimiento por extrusión de monocapa debido a su estrecha distribución de peso molecular (MWD). E1HDPE puro tiene estrechamiento y una baja capacidad de ejecución en el revestimiento por extrusión cuando se producen revestimientos delgados con un peso de revestimiento de 15 a 25 g/m2

En la técnica anterior, véase por ejemplo el documento US 7.335.409, se ha descrito una combinación de una capa interna de HDPE y una capa externa de LDPE que proporciona una barrera de vapor de agua y sellado térmico. Sin embargo, la adhesividad de tal combinación a una base fibrosa es insuficiente, y la escasa disponibilidad actual de LDPE de grado biológico es otra desventaja desde el punto de vista medioambiental.

Por medio de la capa de revestimiento más interna de la mezcla de LDPE y LLDPE, la invención supera los problemas de estrechamiento y capacidad de ejecución del HDPE en extrusión y, como estructura de doble capa, permite una adhesión mejorada a la base fibrosa. Una capa de la mezcla de polímeros como se describe anteriormente se coextruye como una capa interna entre una capa externa de como máximo 90 % en peso de HDPE y la base fibrosa.

Por lo tanto, la capa externa de la barrera de vapor de como máximo 90 % en peso de HDPE tiene una parte de al menos 10 % en peso de otros polímeros tales como LDPE o LLDPE, lo que mejoraría el sellado térmico de dicha capa de barrera.

Por lo tanto, la invención proporciona una capa de la mezcla de LDPE y LLDPE, que sirve como capa adhesiva en contacto directo con la base fibrosa. Al mismo tiempo, una capa de mezcla de polímeros similar también puede disponerse como capa de sellado térmico más externa a medida que el material de envasado se forma en contenedores o paquetes de productos cerrados. Una capa de barrera de vapor de como máximo 90 % en peso de HDPE estaría intercalada entre las dos capas de mezcla de polímeros. La mayor parte de los biopolímeros hace que el producto sea predominantemente renovable, aunque la menor parte del PEBD sea de origen petrolero.

Según una realización ventajosa de la invención, una capa adhesiva más interna de la mezcla de LDPE y bio-LLDPE, una capa intermedia de una mezcla de 50 a 90 % en peso de HDPE y de 10 a 50 % en peso de LDPE o LLDPE, y una capa termosellable más externa de tal mezcla se coextruyen en un solo paso sobre la base fibrosa. Preferiblemente, se utiliza la misma mezcla tanto para la capa polimérica más interna como para la más externa. La estructura puede consistir en las capas poliméricas más interna, intermedia y más externa sobre la base fibrosa, o puede haber capas poliméricas adicionales, tales como una capa de barrera al oxígeno, por ejemplo, de EVOH o poliamida intercaladas entre dichas capas de mezcla poliméricas más interna y más externa.

El HDPE, siempre que se use en las estructuras según la invención, es preferiblemente de origen biológico, es decir, también en una capa intermedia totalmente de HDPE.

Otras realizaciones de la invención prevén que el peso de una capa adhesiva más interna de dicha mezcla sea como máximo 15 g/m2, preferiblemente como máximo 10 g/m2 y con máxima preferencia alrededor de 5 g/m2, que el peso de una capa termosellable más externa de dicha mezcla sea como máximo 15 g/m2, preferiblemente como máximo 10 g/m2 y con máxima preferencia alrededor de 5 g/m2, y que el peso de una capa intermedia de la mezcla de HDPE LDPE o HDPE LLDPE sea como máximo 15 g/m2, preferiblemente como máximo 10 g/m2 y con máxima preferencia alrededor de 5 g/m2. Preferiblemente, en un revestimiento de triple capa, el peso total de las capas de polímero es como máximo 25 g/m2, preferiblemente como máximo 20 g/m2 y con máxima preferencia alrededor de 15 g/m2. De este modo, la invención permite crear estructuras de capas poliméricas múltiples muy finas.

Reducir aún más el peso de la capa de revestimiento sería deseable desde el punto de vista económico y medioambiental. Dentro del alcance de la invención, podrían contemplarse capas triples con pesos de capa de revestimiento respectivos de 4 4 4 g/m2 o incluso 4 2 4 g/m2, si es posible mediante técnicas de coextrusión existentes.

La invención comprende además materiales de envasado termosellables, que se pueden obtener mediante el método según la invención tal como se reivindica.

Preferiblemente, un material de envasado termosellable según la invención comprende:

-(a) una base fibrosa de papel, cartón o cartulina,

-(b) una capa adhesiva más interna de una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno de baja densidad (LDPE) que tiene un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) y (ii) 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min, la capa más interna está en contacto directo con dicha base fibrosa,

-(c) una capa intermedia de un polímero de barrera de vapor o una mezcla de polímeros, y

-(d) una capa termosellable más externa de una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno de baja densidad (LDPE) con un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg)

y (ii) 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min,

excluidos los materiales que comprenden una capa coextruida de más del 90 % en peso de polietileno de alta densidad (HDPE), y dichas capas más interna, intermedia y más externa han sido llevadas por coextrusión sobre dicha base fibrosa.

Preferiblemente, el material de envasado según la invención se reviste con una o más capas de polímero en ambos lados.

Los productos finales incluidos en el alcance de la invención incluyen una taza para beber fabricada mediante termosellado a partir del material de envasado como se describió anteriormente. Otros artículos comprendidos por la invención son platos, bandejas y otros artículos de vajilla desechables, así como envases de líquido sellados, tales como cartones de productos lácteos y jugos, donde pueden ser deseables otras capas de barrera al oxígeno y a la luz.

Con respecto a la invención, polietileno de alta densidad se refiere a polietilenos con una densidad de más de 0,940 g/cm3.

La invención es especialmente adecuada para la producción de materiales para el envasado de alimentos, en especial alimentos congelados, pero no se limita a esta aplicación.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra la estructura multicapa de un primer material de envasado según la invención.

La figura 2 muestra la estructura multicapa de un segundo material de envasado según la invención, y

La figura 3 muestra la estructura multicapa de un tercer material de envasado según la invención.

Descripción detallada

El material de envasado que se muestra en la figura 1 comprende una base fibrosa 1, una capa adhesiva interna 2 en contacto directo con la base fibrosa 1, la capa adhesiva 2 comprende una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno ramificado de baja densidad (LDPE) que tiene un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) y (ii) de 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min, una capa intermedia 3 de una mezcla de 50 a 90 % en peso de HDPE y de 10 a 50 % en peso de LDPE o LDPE y la capa más externa 4 de una mezcla polimérica, que es similar, preferiblemente igual, a la mezcla utilizada para la capa adhesiva más interna 2. En la mezcla que forma la capa adhesiva interna 2 y la capa más externa 4, el polietileno de baja densidad (LDPE) tiene preferiblemente un índice de fusión de al menos 15 g/10 min (190°C, 2,16 kg) y el polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) tiene preferiblemente un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min (190°C, 2,16 kg). El HDPE y el LLDPE, tal como se utilizan en la estructura, son de origen biológico renovable. La base fibrosa 1 puede ser papel, cartón o cartulina de un peso de 40 a 500 g/m2, preferiblemente cartón de un peso de 170 a 350 g/m2 La capa más externa 4 es útil como capa termosellable ya que el material se convierte en contenedores como tazas para beber desechables, por ejemplo. Las tres capas 2, 3, 4 se han llevado sobre la base fibrosa 1 mediante coextrusión. El peso de cada una de las capas poliméricas coextruidas 2, 3, 4 puede ser, por ejemplo, de 3 a 12 g/m2, preferiblemente de 5 a 10 g/m2.

El material de envasado según la figura 2 difiere del material mostrado en la figura 1 en que incluso comprende una capa termosellable 4' en el lado opuesto de la base fibrosa 1. Preferiblemente, esta capa termosellable 4' es de una mezcla de polímeros, que es la misma que la mezcla utilizada para las capas más interna y externa 2, 4 en el lado reverso de la base fibrosa, formando esta última el interior cuando el material se convierte en una taza para beber.

El material de envasado según la figura 3 comprende una estructura multicapa coextruida 2, 3, 4; 2', 3', 4' en ambos lados de la base fibrosa 1. Ambas estructuras multicapa pueden corresponder a las descritas anteriormente en relación con la figura 1. El material de la figura 3 es adecuado para envases de productos termosellados protegidos contra la penetración de vapor de agua tanto desde el interior del envase, es decir, de un producto húmedo, como desde el exterior del envase, es decir, de un ambiente húmedo.

Ejemplos

Se mezcló en seco 20 % en peso de LDPE de grado de extrusión de origen de aceite de petróleo con 80 % en peso de bio-LLDPE de grado de película de origen de caña de azúcar para formar una mezcla de polímero. Se extruyó una capa de esta mezcla polimérica que tenía un peso de revestimiento de 15 g/m2 sobre una superficie de cartón en contacto directo con la misma. La capa de revestimiento se consiguió con buena capacidad de ejecución, estrechamiento aceptable y buena adhesión al cartón.

Se llevó a cabo una serie de pruebas para determinar el rendimiento de la mezcla anterior como capa de adhesión entre cartón y una o más capas poliméricas externas en un revestimiento multicapa coextruido. Se utilizaron capas de 100 % en peso de bioHDPE para las pruebas, pero en lo que respecta a la adhesión, estas no difieren significativamente de las mezclas de 50 a 90 % en peso de HDPE y de 10 a 50 % en peso de LDPE o LLDPE dentro del alcance de la invención. Se incluyeron como comparación los revestimientos monocapa extruidos, así como los revestimientos multicapa coextruidos con una capa interna de mezcla de HDPE LDPE.

Para las pruebas se utilizaron LDPE a base de aceite de grado de extrusión, bio-HDPE de grado de película y bio-LLDPE de grado de película (bio-HDPE y bio-LLDPE hechos de caña de azúcar por Braskem, Brasil). Se midieron el estrechamiento en la extrusión y la temperatura de termosellado del material acabado, y se evaluó la adhesión a la base de cartón en una escala de 1 (sin adhesión) a 5 (adhesión perfecta). Los resultados se presentan en la siguiente tabla 1.

Tabla 1

El revestimiento monocapa de HDPE comparativo tuvo el peor estrechamiento y adhesión a pesar del mayor espesor de la capa. Las monocapas de HDPE más delgadas fracasaron por completo en la extrusión. Añadir una capa interna de una mezcla de LLDPE con 20 % en peso de LDP^emejoró la adhesión y disminuyó el estrechamiento, a pesar de que se redujeron los pesos y espesores del revestimiento en total, y la adición de una capa más externa de las mismas mezclas mejoró considerablemente el sellado térmico en el caso de LLDPE LDPE.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para la fabricación de un material de envasado termosellable, que comprende la coextrusión sobre una base de papel fibroso, cartón o cartulina (1), en contacto directo con la misma, un revestimiento multicapa (2), caracterizado porque dicho revestimiento multicapa (2) comprende una capa polimérica más interna que contiene una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno de baja densidad (^lD^pE) que tiene un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) y (ii) de 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min (190 °C, 2,16 kg), una capa polimérica intermedia de barrera de vapor (3) y una capa termosellable más externa (4) de la misma mezcla que dicha capa más interna, la capa más interna se adhiere el revestimiento de dicha base fibrosa y la capa más externa forma una capa termosellable, excluidos los materiales que comprenden una capa coextruida, de más del 90 % en peso de polietileno de alta densidad (HDPE).

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque dicha mezcla de polímeros contiene de 80 a 90 % en peso, preferiblemente de 80 a 85 % en peso y con máxima preferencia el 80 % en peso de dicho LLDPE, y de 10 a 20 % en peso, preferiblemente de 15 a 20 % en peso y con máxima preferencia el 20 % en peso de dicho LDPE.

3. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el peso de cada una de la capa adhesiva más interna (2), la capa intermedia de barrera de vapor (3) y la capa termosellable más externa

(4) es como máximo 15 g/m2, preferiblemente como máximo 10 g/m2 y con máxima preferencia como máximo 5 g/m2 4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se usa LLDPE de origen biológico para dicha mezcla.

5. Un material de envasado termosellable fabricado mediante el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende

(a) una base fibrosa (1) de papel, cartón o cartulina,

(b) una capa adhesiva más interna (2) de una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno de baja densidad (LDPE) que tiene un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) y (ii) 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min, la capa más interna está en contacto directo con dicha base fibrosa,

(c) una capa polimérica intermedia de barrera de vapor (3), y

(d) una capa termosellable más externa (4) de una mezcla de (i) 10 a 25 % en peso de un polietileno de baja densidad (LDPE) que tiene un índice de fusión de al menos 25 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) y (ii) de 75 a 90 % en peso de un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que tiene un índice de fusión de como máximo 10 g/10 min, excluidos los materiales que comprenden una capa coextruida de más del 90 % en peso de polietileno de alta densidad (HDPE), y dichas capas más interna, intermedia y más externa han sido llevadas por coextrusión sobre dicha base fibrosa.

6. El material de envasado de la reivindicación 5, caracterizado porque el peso de cada una de las capas de polímero más interna (2), intermedia (3) y más externa (4) es como máximo 15 g/m2, preferiblemente como máximo 10 g/m2 y con máxima preferencia como máximo 5 g/m2, y el peso total de las capas poliméricas es como máximo 25 g/m2, preferiblemente como máximo 20 g/m2 y con máxima preferencia como máximo 15 g/m2.

7. El material de envasado según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizado porque se ha utilizado LLDPE de origen biológico para dicha mezcla con LDPE.

8. Una taza para beber fabricada mediante termosellado del material de envasado fabricado mediante el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o del material de envasado de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7.