ES2880054T3 - Composición de revestimiento de barrera, producto en forma de lámina y su uso - Google Patents

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Abstract

Una composición de revestimiento de barrera, que comprende - 30-70% en peso de copolímero de (met)acrilato de estireno, que se polimeriza en presencia de un estabilizante y que tiene un peso molecular medio en peso <100.000 g/mol y una temperatura de transición vítrea Tg <= 20 ºC, preferiblemente <= 10 ºC, - 30-70% en peso de alcohol polivinílico, que tiene un peso molecular <= 50.000 g/mol, en donde la relación de copolímero de (met)acrilato de estireno con respecto a alcohol polivinílico es de 1:2 a 2:1, y - como máximo 5,0% en peso de un reticulante, que reacciona con grupos -OH o -COOH.

Description

DESCRIPCIÓN
Composición de revestimiento de barrera, producto en forma de lámina y su uso
La presente invención se refiere a una composición de revestimiento de barrera, un producto en forma de lámina y el uso del producto de acuerdo con los preámbulos de las reivindicaciones independientes anexas.
Se pueden aplicar varios revestimientos sobre la superficie del papel o cartón para mejorar sus propiedades. Las propiedades de barrera a la grasa y al vapor de agua son particularmente importantes para el papel y cartón que se utilizan para productos con fines de envasado. El revestimiento aplicado sobre la superficie del papel o cartón debe proporcionar una barrera eficaz frente a las fugas de los productos que están dentro del envase y/o proteger los productos envasados de la contaminación y/o el contacto con la atmósfera circundante. Para los materiales de envasado utilizados para alimentos y líquidos consumibles, los requisitos de barrera son especialmente estrictos.
Los revestimientos destinados al envasado también deben tener una buena resistencia para el hendido y el plegado. El revestimiento no debe agrietarse cuando el papel o el cartón se pliegan para formar una caja o se envuelven alrededor del producto. El agrietamiento puede disminuir o incluso destruir por completo las propiedades de barrera del revestimiento.
Además, los revestimientos de papel y cartón deben ser resistentes al bloqueo durante los procesos de fabricación y conversión del producto. Si la capa de revestimiento se ablanda a alta presión y alta temperatura, puede adherirse después de rebobinar a la siguiente capa en el carrete y bloquear todo el carrete cuando se enfría. Durante el proceso de conversión, el revestimiento debe tener propiedades de fricción adecuadas para que funcione sin problemas en el proceso. El revestimiento también debe tener una capacidad de encolado adecuada, lo que determina la velocidad y la fuerza de una unión generada por la aplicación de un adhesivo a la superficie del revestimiento, con el fin de ser utilizado en líneas de embalaje de alta velocidad.
Se han usado convencionalmente fluoroquímicos en composiciones de revestimiento para proporcionar propiedades de barrera deseadas con resistencia al agrietamiento. Por motivos medioambientales, sería deseable encontrar alternativas eficaces a los fluoroquímicos.
Los revestimientos utilizados para los envases también deben satisfacer los requisitos de reciclabilidad. Los envases de papel y cartón se recogen idealmente para reciclarlos, es decir, para repulpar. Por lo tanto, el revestimiento aplicado a estos productos también debe cumplir los requisitos de reciclado y, por ejemplo, no debe perturbar el proceso de repulpado. Las películas de plástico tradicionales laminadas sobre la superficie de papel o cartón no son necesariamente fáciles de repulpar. Por lo tanto, los productos de papel y cartón laminados a menudo terminan como un desperdicio de energía, lo que no es económico en vista de los recursos.
El documento WO 2017/115009 describe composiciones de revestimiento de barrera a base de agua que comprenden una composición polimérica acuosa obtenible mediante (co)polimerización por radicales libres de una mezcla de monómeros etilénicamente insaturados, alcohol polivinílico, plastificante, dímero de alquenilcetena, agente gelificante y carga.
El documento US 2004/0151886 describe una composición aglutinante que incluye un aglutinante copolimérico y un polímero en emulsión soluble en álcali modificado hidrófobamente. La composición aglutinante es útil como componente de composiciones de revestimiento de papel.
El documento WO 2016/144799 describe composiciones de barrera que comprenden un copolímero formado polimerizando monómeros que comprenden derivados de un monómero aromático de vinilo y un segundo monómero seleccionado del grupo que consiste en butadieno, (met)acrilatos de alquilo y mezclas de los mismos, y un oligómero de calidad sólida. El monómero vinil aromático y el segundo monómero se pueden polimerizar en presencia del oligómero de calidad sólida.
Un objeto de esta invención es minimizar o posiblemente incluso eliminar las desventajas existentes en la técnica anterior.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una composición de revestimiento de barrera y un producto en forma de lámina que proporcione buenas propiedades de barrera contra la grasa y el vapor de agua.
Un objeto de la presente invención es proporcionar una composición de revestimiento de barrera, que se puede usar para crear un revestimiento que resista el agrietamiento cuando se hiende y/o se pliega.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una composición de revestimiento de barrera que sea adecuada para revestir a altas velocidades de revestimiento y tenga buena capacidad de ejecución.
Estos objetos se logran con la invención que tiene las características que se presentan a continuación en las partes de caracterización de las reivindicaciones independientes. Algunas realizaciones preferidas de la invención se presentan en las reivindicaciones dependientes.
Las realizaciones mencionadas en este texto se refieren, cuando sea aplicable, a todos los aspectos de la invención, incluso si esto no siempre se menciona por separado.
La composición de revestimiento de barrera típica de acuerdo con la presente invención comprende
• 30 - 70% en peso de copolímero de (met)acrilato de estireno, que se polimeriza en presencia de un estabilizante y que tiene una temperatura de transición vitrea Tg < 20 °C, preferiblemente < 10 °C,
• 30 - 70% en peso de alcohol polivinílico, y
• como máximo 5,0% en peso de un reticulante, que reacciona con grupos -OH o -COOH.
El producto en forma de lámina típico según el presente documento, comprende
• un sustrato que comprende fibras lignocelulósicas y que tiene una primera y una segunda superficie grande paralela, y
• una capa de revestimiento de barrera formada a partir de una composición de revestimiento de barrera según la presente invención aplicada sobre al menos una de las superficies del sustrato.
Ahora se ha descubierto sorprendentemente que la composición de revestimiento de barrera según la invención proporciona una buena resistencia al agrietamiento, incluso cuando el sustrato revestido se pliega durante la fabricación de un envase. La composición de revestimiento de barrera también proporciona una buena barrera contra la grasa y/o la humedad cuando se aplica sobre la superficie de un sustrato que comprende fibras lignocelulósicas.
Además, la composición de revestimiento de barrera proporciona una capa de revestimiento que muestra una adherencia reducida a las superficies de revestimiento adyacentes cuando la banda producida se enrolla en un rollo o se apila como láminas. La composición de revestimiento de barrera según la presente invención proporciona, entre otras cosas, propiedades óptimas para el envasado y otros fines similares.
En el presente contexto, todos los valores de % en peso dados para los diversos componentes de la composición de revestimiento se calculan a partir del contenido total de sólidos secos de la composición de revestimiento.
La composición de revestimiento de barrera se prepara mezclando los componentes individuales de la composición en cualquier aparato de mezcla industrial adecuado para mezclar composiciones de revestimiento para papel y cartón. Por lo general, no se producen reacciones de polimerización entre los componentes después de la mezcla.
La composición de revestimiento de barrera comprende 30 - 70% en peso de copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizante y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg < 20°C, preferiblemente < 10°C. Según una realización de la invención, la composición de revestimiento de barrera puede comprender 30 - 70% en peso, preferiblemente 40 - 65% en peso, más preferiblemente 45 - 60% en peso, del copolímero de (met)acrilato de estireno. La composición de revestimiento de barrera comprende además 30 - 70% en peso de alcohol polivinílico, preferiblemente 35 - 65% en peso, más preferiblemente 40 - 60% en peso, incluso más preferiblemente 45 - 60% en peso, de alcohol polivinílico. Se ha observado que estas cantidades de copolímero de (met)acrilato de estireno y alcohol polivinílico proporcionan buenas, o incluso excelentes, propiedades de barrera sin tendencia al agrietamiento. Según la invención, la relación de copolímero de (met)acrilato de estireno con respecto a alcohol polivinílico es de 1:2 a 2:1.
El copolímero de (met)acrilato de estireno, que es adecuado para su uso en la presente invención, se puede obtener mediante la copolimerización en emulsión de radicales libres de al menos el monómero (a), el monómero (b) y un monómero opcional (c) en presencia de un estabilizante, donde el monómero (a) es al menos un estireno opcionalmente sustituido y el monómero (b) es al menos un (met)acrilato de alquilo C1-C4. El copolímero de (met)acrilato de estireno tiene un peso molecular medio en peso <100.000 g/mol, preferiblemente <75.000 g/mol.
Según una realización preferida, el monómero (a) del copolímero de (met)acrilato de estireno se selecciona del grupo que comprende estireno, estirenos sustituidos, tales como a-metilestireno, viniltolueno, etilviniltolueno, clorometilestireno y cualquier mezcla de los mismos. La cantidad de monómero (a) puede ser de 0,1 a 75% en peso, preferiblemente de 5 a 60% en peso, más preferiblemente de 10 a 55% en peso, calculado a partir del contenido total de sólidos secos de los monómeros (a), (b) y opcional (c).
El monómero (b) adecuado del copolímero de (met)acrilato de estireno se puede seleccionar del grupo que consiste en acrilatos de alquilo C1-C4; metacrilatos de alquilo C1-C4; o sus mezclas, p. ej., acrilato de n-butilo, iso-butilo, tercbutilo o 2-butilo y los correspondientes metacrilatos de butilo; acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de etilo, acrilato de propilo o metacrilato de propilo. Según una realización preferida de la invención, el monómero (b) se selecciona entre (met)acrilatos de butilo. Puede comprender, por ejemplo, una mezcla de al menos dos acrilatos de butilo isoméricos. Más preferiblemente, el componente monomérico (b) es acrilato de n-butilo, acrilato de terc-butilo o una mezcla de acrilato de n-butilo y acrilato de terc-butilo. La cantidad de monómero (b) puede ser del 25 al 99,9% en peso, preferiblemente del 30 al 95% en peso, más preferiblemente del 35 al 90% en peso, calculado a partir del contenido total de sólidos secos de los monómeros (a), (b) y opcional (c).
Según una realización, el copolímero de (met)acrilato de estireno se origina también al menos a partir de un monómero opcional (c), que es etilénicamente insaturado y diferente de los monómeros (a) y (b). Preferiblemente, el copolímero de (met)acrilato de estireno es un copolímero carboxilado, preferiblemente obtenido polimerizando los monómeros (a) y (b) descritos anteriormente con el monómero (c), que se selecciona de ácidos carboxílicos, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, ácido maleico o ácido estirenosulfónico. Se prefieren el ácido acrílico y el ácido estirenosulfónico como monómero opcional (c). La cantidad del monómero opcional (c) puede ser 0,1 - 15% en peso, preferiblemente 0,1 - 10% en peso, más preferiblemente 1 - 5% en peso, calculado a partir del contenido total de sólidos secos de los monómeros (a), (b) y (c).
Según una realización de la invención, el copolímero de (met)acrilato de estireno se polimeriza en presencia de un estabilizante, que se selecciona de almidón degradado o alcohol polivinílico, preferiblemente de almidón degradado que tenga un peso molecular medio Mn de 500 a 10.000 Da. El almidón degradado se puede obtener sometiendo el almidón a degradación oxidativa, térmica, ácida, hidrolítica o enzimática. Actualmente se prefiere la degradación oxidativa. Como agentes oxidantes pueden utilizarse hipoclorito, peroxodisulfato, peróxido de hidrógeno o sus mezclas. El almidón degradado, que se usa en la presente invención, puede ser cualquier almidón natural degradado adecuado, tal como almidón de patata, arroz, maíz, maíz céreo, trigo, cebada o tapioca. Son ventajosos los almidones que tienen un contenido de amilopectina > 80%, preferiblemente > 95%.
La polimerización del copolímero de (met)acrilato de estireno se puede llevar a cabo mediante la adición de los monómeros descritos anteriormente, individualmente o como una mezcla, e iniciadores de radicales libres adecuados para iniciar la polimerización, a la solución estabilizante acuosa. El proceso de polimerización se lleva a cabo típicamente en ausencia de oxígeno, preferiblemente en una atmósfera de gas inerte, por ejemplo, bajo nitrógeno. De acuerdo con una realización de la invención, la cantidad total de monómeros en la mezcla de reacción es 10 - 92% en peso, preferiblemente 20 - 90% en peso, más preferiblemente 35 - 88% en peso, calculado a partir del contenido total de sólidos secos de la mezcla de reacción. La cantidad de monómeros se refiere en este caso a la cantidad total de monómeros (a), (b) y opcional (c), que se añaden a la mezcla de reacción durante el proceso de polimerización.
El copolímero de (met)acrilato de estireno puede tener una temperatura de transición vítrea en el intervalo de -40 - 20 °C, preferiblemente -30 - 15 °C, más preferiblemente -20 - 10 °C, a veces incluso más preferiblemente -5 - 10 °C C. Estos intervalos de temperatura de transición vítrea proporcionan copolímeros que muestran las propiedades de barrera requeridas pero que son lo suficientemente blandos para resistir el agrietamiento cuando el sustrato se hiende o se pliega para formar un envase.
Según la invención, la composición de revestimiento de barrera comprende alcohol polivinílico que tiene un peso molecular < 50.000 g/mol, preferiblemente de 13.000 - 50.000 g/mol. Preferiblemente, el alcohol polivinílico puede hidrolizarse al menos parcialmente, preferiblemente con un grado de hidrólisis de al menos 30%, más preferiblemente 85 - 98%. Como polímero soluble en agua, el alcohol polivinílico mejora la formación de la película y, por lo tanto, mejora las propiedades de barrera tanto al vapor de agua como al aceite mineral. También reduce la tendencia al bloqueo.
La composición de revestimiento de barrera comprende además como máximo 5,0% en peso, preferiblemente como máximo 3,0% en peso, de un reticulante, que reacciona con grupos -OH o -COOH. Según una realización de la invención, la composición de revestimiento de barrera puede comprender reticulante en una cantidad de 0,1 a 5% en peso, preferiblemente de 0,1 a 4% en peso, más preferiblemente de 0,5 a 3% en peso. El reticulante se selecciona preferiblemente entre carbonato de amonio y circonio, carbonato de potasio y circonio, glioxal o ácido cítrico. Los reticulantes hacen que la capa de revestimiento sea menos sensible al agua, p. ej., reduciendo el número de grupos terminales disponibles para reacciones con agua. El reticulante también puede mejorar las propiedades de repulpado del revestimiento final producido.
Según una realización de la invención, la capa de revestimiento de barrera también puede comprender plastificante en una cantidad de 0,1 - 15% en peso, preferiblemente 1 - 10% en peso, más preferiblemente 2 - 7,5% en peso. El plastificante puede seleccionarse entre polietilenglicoles, sorbitol y glicerol. El plastificante puede mejorar las propiedades de plegado de la capa de revestimiento reduciendo la tendencia al agrietamiento de la capa de revestimiento.
La composición de revestimiento de barrera puede comprender un espesante natural o sintético. El espesante sintético puede seleccionarse de un grupo que comprende espesantes sintéticos activados por pH, tales como espesantes de emulsión soluble/hinchable en álcali (ASE) y espesantes de emulsión soluble en álcali modificada hidrófobamente (HASE). Los espesantes naturales pueden seleccionarse entre carboximetilcelulosa, goma xantano, goma guar o goma arábiga. Los espesantes mejoran la procesabilidad del color del revestimiento, especialmente a altas velocidades de revestimiento. La composición de revestimiento de barrera puede comprender espesante en una cantidad de 0,1 a 5% en peso, preferiblemente de 0,1 a 2% en peso, más preferiblemente de 0,1 a 1% en peso.
Según una realización de la invención, la composición de revestimiento de barrera comprende partículas minerales inorgánicas. Las partículas minerales se pueden seleccionar de carbonato cálcico, tal como carbonato cálcico molido y carbonato cálcico precipitado, talco y caolín. Según una realización preferida, la composición de revestimiento de barrera comprende partículas minerales inorgánicas de carbonato cálcico molido. Normalmente, la cantidad de partículas minerales inorgánicas en la composición de revestimiento de barrera es <30% en peso, preferiblemente <27% en peso, más preferiblemente <25% en peso, a veces incluso <20% en peso. La cantidad de partículas minerales puede estar, por ejemplo, en el intervalo del 0,1 al 30% en peso, preferiblemente del 0,1 al 27% en peso, preferiblemente del 0,1 al 25% en peso. La adición de partículas minerales es ventajosa cuando se revisten sustratos porosos, tales como papel o cartón de base sin encolar.
Según una realización, la composición de revestimiento de barrera puede comprender partículas minerales laminares inorgánicas. En el presente contexto, se entiende por mineral laminar como un mineral inorgánico, cuyas partículas tienen un factor de forma >10. Los ejemplos típicos de partículas minerales laminares inorgánicas son el caolín, el talco y cualquiera de sus mezclas. Normalmente, la cantidad de partículas minerales laminares inorgánicas en la composición de revestimiento de barrera es de 0,1 a 10% en peso, preferiblemente de 0,1 a 5% en peso.
Según otra realización preferida de la presente invención, la composición de revestimiento de barrera está libre de partículas de pigmento mineral inorgánico.
La capa de revestimiento de barrera sobre la superficie del sustrato puede tener un peso máximo de < 12 g/m2, preferiblemente < 10 g/m2, a veces incluso < 5 g/m2. Según una realización, la capa de revestimiento de barrera puede tener un peso de 0,5 a 12 g/m2, preferiblemente 0,5 - 10 g/m2, a veces 0,5 - 10 g/m2. Preferiblemente, el peso de la capa de revestimiento es lo más pequeño posible, al tiempo que proporciona una buena formación de película y propiedades de barrera.
El sustrato que se reviste con la composición de revestimiento de barrera es preferiblemente un sustrato que comprende fibras lignocelulósicas. Las fibras lignocelulósicas pueden haber sido obtenidas mediante cualquier proceso de fabricación de pasta papelera convencional, incluidos los procesos de fabricación de pasta papelera químicos, mecánicos y químico-mecánicos. Las fibras lignocelulósicas también pueden ser fibras recicladas. El sustrato tiene una primera y una segunda gran superficie paralela, y normalmente tiene forma de una red fibrosa. El sustrato puede tener un gramaje de 25 a 800 g/m2, preferiblemente 30 - 700 g/m2, más preferiblemente 40 - 500 g/m2.
La composición de revestimiento de barrera se puede aplicar sobre al menos una de las grandes superficies del sustrato usando cualquier técnica de revestimiento convencional, tal como revestimiento de varillas, revestimiento de cuchillas, revestimiento por pulverización o revestimiento de cortina.
De acuerdo con una realización preferida, especialmente cuando la composición de revestimiento de barrera usada está libre de partículas minerales inorgánicas, el producto revestido obtenido tiene un valor de ensayo TAPPI 559 KIT de al menos 8, preferiblemente 10, más preferiblemente 12. El valor de ensayo KIT mide la repelencia del revestimiento a aceite y grasa y las mediciones se realizan según el método estándar TAPPI T-559 pm-96.
Según una realización preferida, el producto revestido obtenido tiene un valor HVTR de barrera frente a aceite mineral <100 g/m2/d. El valor de tasa de transmisión de vapor de hexano (HVTR) usado se obtiene mediante el método de ensayo de taza desarrollado por BASF. En el ensayo, el hexano se coloca en una taza de medición cubierta por una muestra de barrera y se mide la evaporación del hexano a través del área conocida. El método de ensayo es comúnmente conocido por los expertos en la técnica.
Según una realización preferible, el producto revestido obtenido tiene un valor de WVTR de barrera frente al vapor de agua a 23 °C y 50% de humedad relativa <100 g/m2/d. El valor WVTR se puede medir utilizando métodos estandarizados de ASTM F-1249, ISO 15105-2, ISO 15106-3, DIN 53122-2.
El producto se puede utilizar para elaborar un envase para hostelería o para envasar líquidos. Ejemplos típicos de envases para hostelería son envases para comida rápida, comidas listas para comer, sándwiches, productos de panadería, tales como galletas, rosquillas o similares.
Parte experimental
Los ejemplos de referencia 1 - 3 y los ejemplos 1 - 7 proporcionan resultados para el revestimiento de barrera sin adición de pigmento.
El Ejemplo de referencia 4 y los ejemplos 8-12 utilizan cartón reciclado como sustrato. Estos ejemplos proporcionan información sobre revestimientos de barrera que contienen partículas minerales inorgánicas.
El aglutinante de barrera usado tuvo una temperatura de transición vítrea de 10 °C en ambos casos. Los ensayos se realizaron en cartón reciclado, con un gramaje de 295 g/m2.
En todos los ejemplos, el revestimiento se llevó a cabo utilizando revestidor de control de K, revestidor de estiramiento y diferentes varillas enrolladas. El peso del revestimiento se determinó pesando las muestras revestidas y los papeles base sin revestir y el peso del revestimiento se obtuvo mediante la diferencia de peso. Los ensayos de hendido se realizaron utilizando la unidad Cyklos CPM 450. El hendido y el plegado se realizaron a máquina y en direcciones transversales. Se realizó un ensayo de tinción para las muestras hendidas usando rojo de metilo disuelto en etanol. Para el plegado, se utilizó un rodillo Cobb para proporcionar una presión de plegado uniforme.
La resistencia al agua se sometió a ensayo utilizando el ensayo Cobb300. Las propiedades de barrera frente al vapor de agua se midieron usando el instrumento Systech Permeation Analyzers M7002. La tasa de transmisión de vapor de hexano se determinó utilizando el método de taza. Se colocaron 20 gramos de hexano en una taza de metal. La muestra de barrera se colocó en la parte superior de la taza entre dos juntas, con el lado revestido hacia abajo. Se utilizó un marco de metal para apretar la muestra a la taza. Se registró la pérdida de peso durante 24 horas.
Los ensayos de bloqueo se llevaron a cabo a una temperatura de 40 °C y a una presión de 150 bares durante cuatro horas. La muestra revestida con barrera se colocó contra el revestimiento del lado superior. La escala utilizada para los resultados de los ensayos de bloqueo es la siguiente:
Escala de ensayo de bloqueo:
1 = Las tiras de muestra no se pegaron
2 = Hubo un ruido al separar las tiras
3 = Defectos de revestimiento <50% del área de contacto
4 = Defectos de revestimiento >50% del área de contacto
5 = Deslaminación del papel base
Ejemplo de referencia 1
El sustrato utilizado fue cartón plegable de 240 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el lado no revestido del sustrato usando la unidad de revestimiento de varilla RK K Control Coater y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. El color de revestimiento utilizado fue aglutinante de acrilato de estireno al 100% con una temperatura de transición vitrea de 10 °C.
Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras revestidas. El ensayo incluyó el hendido de la muestra utilizando la unidad de hendido y perforación Cyklos CPM 450, y el plegado utilizando un rodillo Cobb para presionar el pliegue a presión constante. El hendido y el plegado se realizaron tanto en la dirección a la máquina como en la dirección transversal a la máquina. Se realizó un ensayo de tinción para las muestras plegadas usando rojo de metilo disuelto en etanol. Las propiedades de barrera al vapor de agua se midieron usando el instrumento Systech Permeation Analyzers M7002. Las propiedades de barrera a la grasa se sometieron a ensayo usando el ensayo KIT (TAPPI método T-559 pm-96). La tasa de transmisión de vapor de hexano se determinó utilizando el método de ensayo de tasa desarrollado por BASF.
Los resultados obtenidos se dan en la Tabla 1. El resultado visual para la muestra hendida y teñida se da en la Figura 1. Tabla 1 Resultados obtenidos para el Ejemplo de referencia 1.
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Ejemplo de referencia 2
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. El color de revestimiento usado fue 100% alcohol polivinilico (Poval 6-98). El peso del revestimiento fue de 6,2 g/m2.
Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El resultado visual de la muestra hendida y teñida se da en la Figura 2.
Ejemplo de referencia 3
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 2. El peso del revestimiento fue de 4,79 g/m2.
Tabla 2 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de referencia 3.
Figure imgf000007_0001
Se realizó un ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El resultado visual de la muestra hendida y teñida se da en la Figura 3.
Ejemplo de revestimiento 1
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 3. El peso del revestimiento fue de 5,8 g/m2.
Tabla 3 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 1.
Figure imgf000007_0002
Se realizó ub ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El resultado visual de la muestra hendida y teñida se da en la Figura 4. El sustrato revestido obtenido tuvo un valor HVTR de barrera frente a aceite mineral valor de 10 g/m2*d y un valor KIT de 12.
Ejemplo de revestimiento 2
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 4. El peso del revestimiento fue de 5,7 g/m2.
Tabla 4 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 2.
Figure imgf000007_0003
Se realizó un ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El resultado visual de la muestra hendida y teñida se da en la Figura 5.
Ejemplo de revestimiento 3
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 5. El peso del revestimiento fue de 6,0 g/m2.
Tabla 5 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 3.
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Se realizó un ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El sustrato revestido obtenido tenía un valor HVTR de barrera frente a aceite mineral de 19 g/m2*d y un valor KIT de 12. El resultado visual de la muestra hendida y teñida se da en la Figura 6.
Ejemplo de revestimiento 4
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 6. El peso del revestimiento fue de 6,1 g/m2.
Tabla 6 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 4.
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Se realizó un ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El resultado visual de la muestra hendida y teñida se da en la Figura 7. El sustrato revestido obtenido tenía un valor HVTR de barrera frente a aceite mineral de 33 g/m2*d y un valor KIT de 12.
Ejemplo de revestimiento 5
El sustrato utilizado fue de 45 g / m2 papel. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla de revestimiento de control RK K y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 \ mu m. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 7.
Tabla 7 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 5.
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Se realizó un ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El resultado visual de la muestra hendida y teñida se da en la Figura 8. El sustrato revestido obtenido tenía un valor HVTR de barrera frente a aceite mineral de 22 g/m2*d y un valor KIT de 12.
Ejemplo de revestimiento 6
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. El revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato no revestido usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 8. El peso del revestimiento fue de 6,0 g/m2.
Tabla 8 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 6.
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Se realizó un ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
El resultado visual para la muestra hendida y teñida se da en la Figura 9. El sustrato revestido obtenido tenía un valor HVTR de barrera frente a aceite mineral de 12 g/m2*d y un valor KIT de 12.
Ejemplo de revestimiento 7
El sustrato utilizado fue papel de 45 g/m2. Se aplicó una primera capa de revestimiento de barrera sobre el sustrato sin revestir usando un revestidor Pilot y se aplicó una segunda capa de revestimiento de barrera idéntica usando una varilla lisa. La velocidad de revestimiento fue de 650 m/min. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 9.
Tabla 9 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 7.
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Se realizó un ensayo de conversión sencillo para las muestras de la misma manera que se describe para el Ejemplo de referencia 1.
Los resultados obtenidos se dan en la Tabla 10. El resultado visual para la muestra hendida y teñida se da en la Figura 10.
Tabla 10 Resultados obtenidos para el ejemplo de revestimiento 7.
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Para desarrollar revestimientos de barrera para envases a base de fibras, no es suficiente observar únicamente las propiedades de los revestimientos como una superficie plana. El producto revestido de barrera pasará por un proceso de conversión y, por lo tanto, es crucial que el producto permanezca intacto durante los procesos de hendido y plegado. Los ejemplos anteriores muestran que las muestras de referencia solo con buenas propiedades de barrera o convertibilidad no pueden usarse comercialmente si el revestimiento de barrera se agrieta en el pliegue y pierde las propiedades de barrera que tenía como muestra plana. Los ejemplos 1 - 7 muestran que se pueden usar diferentes formulaciones de revestimiento para proporcionar buenas propiedades de conversión. No se ha completado la optimización de todos los aditivos, pero se ha observado un efecto positivo de ellos. El sustrato del producto puede revestirse de una o varias capas. El principal objetivo de estas formulaciones de revestimiento es obtener mejores propiedades de barrera frente a grasas y aceites minerales.
Ejemplo de referencia 4
En el Ejemplo de referencia 4, el revestimiento de barrera se aplicó sobre el sustrato sin revestir usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la barra de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 8 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. La composición del color de revestimiento usado se muestra en la Tabla 11.
Tabla 11 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de referencia 4.
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El primer sustrato base de referencia A cartón reciclado sin encolar de 345 g/m2 con un valor Cobb60 de 444 g/m2. El color de revestimiento de referencia sin pigmento mineral, cuando se aplicó sobre el sustrato base a 6,8 g/m2 de peso de la capa, proporcionó un valor HVTR de 269 g/m2*d. Con dos capas de revestimiento, utilizando el mismo color de revestimiento y sustrato base, el valor HVTR se mejoró a 32 g/m2 d cuando el peso total de la capa fue de 7,3 g/m2.
Un segundo sustrato base de referencia B fue cartón encolado internamente, con un peso base de 325 g/m2 y valor Cobb60 de 105 g/m2. El color de revestimiento de referencia sin pigmento mineral, cuando se aplicó sobre el sustrato base a 6,4 g/m2 de peso de capa, proporcionó un valor HVTR de 228 g/m2*d. Cuando el peso de la capa se incrementó a 7,5 g/m2, el valor HVTR obtenido fue de 80 g/m2*d.
Los resultados se dan en la Tabla 12.
Tabla 12 Resultados obtenidos para el Ejemplo de referencia 4.
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Se ve que cuando la capa base es porosa, una sola capa de revestimiento no proporciona necesariamente las propiedades de barrera deseadas. En la práctica, sin embargo, no siempre es posible aplicar dos capas de revestimiento o aumentar el peso del revestimiento. Por lo tanto, sería deseable obtener un buen revestimiento de barrera utilizando un revestimiento único y pesos de revestimiento relativamente bajos.
Ejemplo de revestimiento 8
Se añadieron partículas minerales inorgánicas a la composición de color del revestimiento. Las partículas minerales fueron partículas laminares de talco, siendo la cantidad añadida del 10%. La composición del color del revestimiento se muestra en la Tabla 13.
Tabla 13 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 8.
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Los sustratos usados fueron cartones reciclados sin encolar de 345 g/m2 y encolados internamente de 325 g/m2, como en el Ejemplo de referencia 4. Se aplicó un revestimiento de barrera sobre el sustrato sin revestir usando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 8 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. Los resultados se muestran en la Tabla 14.
Tabla 14 Resultados obtenidos para el ejemplo de revestimiento 8.
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Ejemplo de revestimiento 9
Se añadieron partículas minerales inorgánicas a la composición de color del revestimiento. Las partículas minerales fueron carbonato cálcico molido grueso, siendo la cantidad añadida del 20%. La composición del color del revestimiento se muestra en la Tabla 15.
Tabla 15 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 9.
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El sustrato usado fue cartón reciclado encolado internamente de 325 g/m2, igual que en el Ejemplo de referencia 4. Se aplicó un revestimiento de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 8 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. Los resultados se muestran en la Tabla 16.
Tabla 16 Resultados obtenidos para el ejemplo de revestimiento 9.
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Ejemplo de revestimiento 10
Se añadieron partículas minerales inorgánicas a la composición de color del revestimiento. Las partículas minerales fueron carbonato cálcico molido fino, siendo la cantidad añadida del 20%. La composición del color del revestimiento se muestra en la Tabla 17.
Tabla 17 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 10.
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El sustrato usado fue cartón reciclado encolado internamente de 325 g/m2, igual que en el Ejemplo de referencia 4. Se aplicó un revestimiento de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 8 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. Los resultados se muestran en la Tabla 18.
Tabla 18 Resultados obtenidos para el Ejemplo de revestimiento 10.
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Ejemplo de revestimiento 11
Se añadieron partículas minerales inorgánicas a la composición de color del revestimiento. Las partículas minerales fueron carbonato cálcico molido fino, siendo la cantidad añadida del 25%. La composición del color del revestimiento se muestra en la Tabla 19.
Tabla 19 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 11.
Figure imgf000012_0004
El sustrato usado fue cartón reciclado encolado internamente de 325 g/m2, igual que en el Ejemplo de referencia 4. Se aplicó un revestimiento de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 8 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. El peso del revestimiento fue de 8,8 g/m2 y el valor HVTR obtenido fue de 96 g/m2*d.
Ejemplo de revestimiento 12
Se añadieron partículas minerales inorgánicas a la composición de color del revestimiento. Las partículas minerales fueron carbonato cálcico molido grueso, siendo la cantidad añadida del 25%. La composición del color del revestimiento se muestra en la Tabla 20.
Tabla 20 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 12.
Figure imgf000013_0001
El sustrato usado fue cartón reciclado encolado internamente de 325 g/m2, igual que en el Ejemplo de referencia 4. Se aplicó un revestimiento de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 8 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. El peso del revestimiento fue de 9,5 g/m2 y el valor HVTR obtenido fue de 93 g/m2*d.
Ejemplo de revestimiento 13
Se añadieron partículas minerales inorgánicas a la composición de color del revestimiento. Las partículas minerales fueron una mezcla de dos carbonatos de calcio molidos, siendo la cantidad añadida del 20%. La composición del color del revestimiento se muestra en la Tabla 21.
Tabla 21 Composición del color de revestimiento para el Ejemplo de revestimiento 13.
Figure imgf000013_0002
El sustrato usado fue cartón reciclado encolado internamente de 325 g/m2, igual que en el Ejemplo de referencia 4. Se aplicó un revestimiento de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varilla K Control Coater de RK y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La velocidad de revestimiento se fijó en 8 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador de infrarrojos durante 60 s. Los resultados se muestran en la Tabla 22.
Tabla 22 Resultados obtenidos para el Ejemplo de revestimiento 13.
Figure imgf000013_0003

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una composición de revestimiento de barrera, que comprende
- 30-70% en peso de copolímero de (met)acrilato de estireno, que se polimeriza en presencia de un estabilizante y que tiene un peso molecular medio en peso <100.000 g/mol y una temperatura de transición vitrea Tg < 20 °C, preferiblemente < 10 °C,
- 30-70% en peso de alcohol polivinílico, que tiene un peso molecular < 50.000 g/mol,
en donde la relación de copolímero de (met)acrilato de estireno con respecto a alcohol polivinílico es de 1:2 a 2:1, y - como máximo 5,0% en peso de un reticulante, que reacciona con grupos -OH o -COOH.
2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque el copolímero de (met)acrilato de estireno tiene una temperatura de transición vítrea en el intervalo de -40 a 20 °C, preferiblemente de -30 a 15 °C, más preferiblemente de -20 a 102C.
3. Composición según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el copolímero de (met)acrilato de estireno se polimeriza en presencia de un estabilizante, que se selecciona de almidón o alcohol polivinílico, preferiblemente almidón, y/o el copolímero de (met)acrilato de estireno tiene un peso molecular medio en peso <75.000 g/mol.
4. Composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-3, caracterizada porque comprende el reticulante en una cantidad de 0,1 a 5% en peso, preferiblemente de 0,1 a 4% en peso, más preferiblemente de 0,5 a 3% en peso.
5. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el reticulante se selecciona de carbonato de amonio y circonio, carbonato de potasio y circonio, glioxal o ácido cítrico.
6. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el alcohol polivinílico tiene un peso molecular de 13.000 a 50.000 g/mol.
7. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el alcohol polivinílico se hidroliza al menos parcialmente, preferiblemente con un grado de hidrólisis de 85 - 98%.
8. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque comprende plastificante en una cantidad de 0,1 - 15% en peso, preferiblemente 1 - 10% en peso, más preferiblemente 2 - 7,5% en peso.
9. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque comprende 0,1 - 5% en peso, preferiblemente 0,1 - 2% en peso, más preferiblemente 0,1 - 1% en peso, de un espesante natural, tal como goma xantano, goma guar o goma arábiga, o de un espesante sintético, tal como como espesantes de emulsión soluble/hinchable en álcali (ASE) o espesantes de emulsión soluble en álcali modificada hidrófobamente (HASE).
10. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque está libre de partículas de pigmentos minerales inorgánicos.
11. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque comprende partículas minerales inorgánicas.
12. Un producto en forma de lámina, que comprende
- un sustrato que comprende fibras lignocelulósicas y que tiene una primera y una segunda gran superficie paralela, y - capa de revestimiento de barrera formada a partir de una composición de revestimiento de barrera según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 aplicada sobre al menos una de las superficies del sustrato.
13. Producto según la reivindicación 12, caracterizado porque la capa de revestimiento de barrera tiene un peso máximo de 12 g/m2, preferiblemente de 10 g/m2.
14. Producto según la reivindicación 12 o 13, caracterizado porque tiene un valor de ensayo KIT de al menos 8, un valor HVTR de barrera frente al aceite mineral <100 g/m2/d, y/o un valor WVTR de barrera frente al vapor de agua <100 g/m2/d.
15. Uso de un producto en forma de lámina de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, para realizar un envase de hostelería.
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