ES2880487T3 - Método para fabricar un material de envasado y un material de envasado hecho mediante el método - Google Patents

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Abstract

Un método de fabricación de un material de envasado termosellable, comprendiendo el método las etapas de: - proporcionar un sustrato de cartón que comprende una chapa superior, - aplicar una primera capa de barrera de dispersión sobre la chapa superior, en la que la primera capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una primera temperatura de transición vítrea, y - aplicar una segunda capa de barrera de dispersión sobre la primera capa de barrera, en la que la segunda capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una segunda temperatura de transición vítrea, - en donde la segunda temperatura de transición vítrea es mayor que la primera temperatura de transición vítrea, en donde la primera temperatura de transición vítrea está en el intervalo de >= -10 °C a <= 15 °C y la segunda temperatura de transición vítrea está en el intervalo de >= 10 °C a <= 40 °C, en donde el gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión es menor que el gramaje de la primera capa de barrera de dispersión, en donde la primera capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de >= 4 g/m2 a <= 25 g/m2 y la segunda capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de >= 3 g/m2 a <= 20 g/m2, y en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de >= 0 % en peso a <= 40 % en peso basado en el contenido de sólido seco y la segunda capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de >= 30 % en peso a <= 70 % en peso, basado en el contenido total de sólido.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para fabricar un material de envasado y un material de envasado hecho mediante el método
La presente invención se refiere en general a papel o cartón recubierto y, en particular, a papel o cartón recubierto que tiene propiedades de resistencia al aceite y a la grasa utilizable como material de envasado.
Los productos basados en fibras, tales como el papel y cartón, se utilizan ampliamente en el envasado de alimentos. Los productos basados en fibras usados como envases, tales como envases de líquidos o envases de alimentos, deben ser capaces de resistir la influencia de los artículos envasados, tal como la influencia de líquidos o alimentos sobre el producto basado en fibras. Una manera es proveer el producto basado en fibras con una barrera, por ejemplo una barrera resistente al agua o a la grasa, que haga al producto basado en fibras más resistente frente a líquidos o a la grasa. Normalmente, las barreras se aplican recubriendo el sustrato basado en fibra con composiciones que proporcionan las propiedades de barrera. Pueden aplicarse diferentes recubrimientos dependiendo de las propiedades que se necesiten en la barrera, mientras que el número de recubrimientos normalmente está limitado por los costes y el número de estaciones de recubrimiento en una máquina dada. Los materiales que se emplean comúnmente cuando se forma una barrera en un producto basado en fibras son polietileno (PE), polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET), etileno alcohol vinílico (EVOH) o etileno acetato de vinilo (EVA). Por ejemplo, los polímeros pueden laminarse o recubrirse por extrusión sobre el producto basado en fibras. En la actualidad, la mayoría de los recubrimientos barrera se fabrican con técnicas de recubrimiento por extrusión y, por lo tanto, se hacen fuera de la línea en una unidad de recubrimiento separada. Sin embargo, el recubrimiento fuera de la línea es caro puesto que requiere una manipulación extra de las bobinas y una etapa de conversión adicional. Otro desafío es que las películas recubiertas por extrusión son más difíciles de reciclar y el manejo de la rotura es prácticamente imposible.
El recubrimiento por barrera de dispersión permite una integración en la cadena valiosa con recubrimientos fuera de línea o en línea que utilizan el equipamiento de recubrimiento existente en la máquina de papel o cartón. Se entiende que el recubrimiento por barrera de dispersión significa una técnica de recubrimiento donde el látex, es decir, una dispersión acuosa de partículas finas de polímero, se aplica a la superficie de un papel o cartón para formar una película sólida y no porosa después del secado. Los recubrimientos por dispersión pueden reciclarse, lo que es una de las fuerzas de impulso tras el desarrollo de la técnica de recubrimiento por dispersión de barrera. Las barreras de dispersión comunes utilizan, por ejemplo, formulaciones basadas en látex de etireno-butadieno, alcohol de polivinilo o ceras de polietileno. Otro problema relacionado con las formulaciones de recubrimiento por dispersión es la tendencia del recubrimiento a pegarse a los rodillos guía o portadores calientes o a pegarse a sí mismos en la etapa de rebobinado cuando se enrolla el cartón. Este fenómeno se llama bloqueo. Si sucede el bloqueo, el producto se daña y no puede utilizarse. El bloqueo es más obvio cuando el recubrimiento está fresco y caliente. Además, la presión, la humedad y las propiedades químicas de la superficie de la superficie en contacto también influirán sobre el comportamiento de bloqueo. Se ha intentado reducir el bloqueo reduciendo la velocidad de producción o enfriando el cartón antes de la etapa de rebobinado. Sin embargo, estas medidas disminuyen significativamente la eficiencia de producción.
Se han dado a conocer diversas formulaciones o polímeros modificados que abordan el problema con el bloqueo a la vez que mantienen las propiedades de barrera. La Patente US 2002136913 describe un material de envasado con un recubrimiento barrera basado en polímeros, en el que el polímero es un copolímero de estireno-butadieno hidrogenado. La enseñanza se refiere al efecto del copolímero de estireno-butadieno hidrogenado comparado con un copolímero no hidrogenado. Sin embargo, no se menciona la aplicación de una segunda barrera de dispersión. La Patente WO 2015/003275 A1 describe un sustrato basado en papel plegable recubierto con un primer recubrimiento y un recubrimiento superior, en el que el recubrimiento superior es resistente al bloqueo. El recubrimiento superior comprende un polímero o dispersión de un polímero o copolímero que proporciona una barrera al papel. Sin embargo, la enseñanza no se refiere a la temperatura de transición vítrea de los polímeros. La Patente WO 2012/163821 A1 da a conocer un envase que tiene una barrera de dispersión que comprende dos polímeros diferentes que tienen diferentes temperaturas de transición vítrea. La mezcla mencionada proporciona propiedades de barrera y una resistencia al bloqueo mejorada. Sin embargo, la enseñanza solo se refiere a la mezcla de los diferentes polímeros, y la temperatura de transición vítrea promedio calculada a partir de las diferentes temperaturas de transición vítrea. La Patente WO 2009/142739 A1 describe un recubrimiento por dispersión que comprende una nanocarga, un agente de reticulación y un aglutinante que proporciona barrera y resistencia al bloqueo. Sin embargo, la enseñanza no se refiere a aplicar un segundo recubrimiento por dispersión. La Patente JP 2006028697 A da a conocer papel resistente a la grasa con una capa base y una capa superior formadas recubriendo una emulsión de resina sintética de tipo acrílico sobre un material base de papel. La temperatura de transición vítrea de la resina de la capa base es menor que la temperatura de transición vítrea de la resina de la capa superior. Sin embargo, el papel resistente a la grasa no está destinado al termosellado.
La Patente WO 2006/1007239 A1 describe un material de envasado de alta barrera multicapa que comprende un sustrato de papel, una capa de polímero barrera contra el oxígeno unida a una superficie de dicho sustrato, una capa de sellado-despegado unida a dicha capa barrera, estando compuesta dicha capa de sellado-despegado de un polímero que se une al recipiente y un contaminante que proporciona propiedades de despegado fácil.
Sin embargo, algunas técnicas de la técnica anterior podrían mejorar la resistencia al bloqueo pero a expensas de una eficiencia de producción disminuida o una pobre calidad del cartón en vista de la resistencia a la grasa, propiedades de barrera frente a aceites minerales o sellabilidad. En particular, las propiedades de sellado siguen siendo una necesidad crucial para los productos recubiertos por dispersión. Además, el recubrimiento necesita poder desintegrarse y preferiblemente también imprimirse.
Por lo tanto, todavía existe la necesidad de un método de recubrimiento por dispersión que elimine o alivie los problemas con el bloqueo. En particular, es un objeto de la presente invención proporcionar material de envasado recubierto por dispersión que proporcione resistencia al bloqueo, pero que también sea termosellable y conserve las propiedades de barrera. La presente invención también proporciona la barrera con una buena imprimibilidad.
Este objetivo se cumple con el método y materiales de envasado según las reivindicaciones independientes de la presente invención. Las reivindicaciones dependientes están relacionadas con realizaciones preferidas.
La invención proporciona un método de fabricación de un material de envasado termosellable, comprendiendo el método las etapas de:
- proporcionar un sustrato de cartón que comprende una chapa superior,
- aplicar una primera capa de barrera de dispersión sobre la chapa superior, en la que la primera capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una primera temperatura de transición vítrea, y
- aplicar una segunda capa de barrera de dispersión sobre la primera capa de barrera, en la que la segunda capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una segunda temperatura de transición vítrea,
en el que la segunda temperatura de transición vítrea es mayor que la primera temperatura de transición vítrea, en donde la primera temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > -10 °C a < 15 °C y la segunda temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > 10 °C a < 40 °C, en donde el gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión es menor que el gramaje de la primera capa de barrera de dispersión, en donde la primera capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 4 g/m2 a < 25 g/m2 y la segunda capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en el intervalo de > 3 g/m2 a < 20 g/m2 y en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 40 % en peso basado en el contenido de sólido seco y la segunda capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 70 % en peso, basado en el contenido total de sólido.
El material de envasado hecho por el método según la invención es termosellable y simultáneamente tiene buenas propiedades de barrera y de resistencia al bloqueo. Se asume que la primera capa de barrera que comprende un látex con una menor temperatura de transición vítrea (Tg) proporciona buenas de propiedades de formación de película y de barrera y facilita la conversión, mientras la segunda capa con mayor Tg proporciona resistencia al bloqueo. Se ha descubierto sorprendentemente que un cartón recubierto con látex puede proporcionar alta resistencia al bloqueo y todavía permanece termosellable, si la segunda capa es más delgada que la primera capa, lo que permite la termosellabilidad a pesar de una mayor temperatura de transición vítrea del látex de la segunda capa o capa superior. Sin estar ligado a ninguna teoría específica, se cree que la segunda capa de barrera de dispersión que comprende pigmentos tiene el efecto de asegurar que las propiedades de barrera no se destruyan en el secado si la segunda capa es un poco más permeable y no debido a la rápida formación de película y, en consecuencia, no se destruyen por las burbujas de ampolla formadas en la primera capa en el secado. Por tanto, es una importante ventaja que las propiedades de barrera se conserven a la vez que también se proporcione termosellabilidad. Por tanto, las ventajas de la invención se consiguen observando varios determinantes para la primera y segunda capas de barrera de dispersión, por ejemplo, las diferencias en las temperaturas de transición vítrea, gramaje y la segunda capa de barrera de dispersión que comprende pigmentos. En particular, se facilita el manejo de la rotura en el extremo húmedo de la máquina de papel. El componente principal de la "pez blanca" observada algunas veces en los sistemas de máquina de papel es látex. Reducir los problemas con el depósito de pez en el extremo húmedo de una máquina de papel puede mejorar dramáticamente la eficiencia de la máquina.
Según se usa en el presente documento, "papel" y "cartón" se refieren a un sustrato basado en papel que comprende fibras que pueden incluir, al menos en parte, fibras vegetales, de madera y/o sintéticas. El sustrato de cartón comprende preferiblemente fibras celulósicas. Un sustrato de cartón típico usado para material de envasado comprende al menos una chapa, preferiblemente varias chapas. El sustrato de cartón es preferiblemente un cartón de envasado multicapa, que comprende al menos dos capas, una chapa trasera y una chapa superior. El sustrato de cartón puede comprender, por ejemplo, una chapa superior y una trasera y al menos una chapa intermedia. El sustrato de cartón puede comprender además una o varias chapas intermedias. El sustrato de cartón puede tener un gramaje de al menos 150 gsm, preferiblemente al menos 200 gsm. Dicho cartón multicapa es particularmente adecuado para el envasado de líquidos y/o alimentos.
Según se usa en el presente documento, "capa barrera" se refiere a una capa de recubrimiento que proporciona propiedades de barrera al sustrato de cartón reduciendo o eliminando la permeabilidad a gases a través del material y/o la absorción de líquidos en la estructura de fibras. Los recubrimientos de barrera se requieren para evitar la salida de sabores, aromas u otros ingredientes del producto envasado, y especialmente para evitar la entrada en el envase de oxígeno, humedad, grasa y aceite, especialmente aceite mineral, y otros contaminantes que puedan deteriorar la calidad del producto envasado. Las barreras proporcionan en particular propiedades de barrera frente al aceite y/o la grasa, que son particularmente cruciales para el envasado de productos alimentarios. Según se usa en el presente documento, "capa de barrera de dispersión" se refiere a una capa que se ha colocado mediante recubrimiento por barrera de dispersión sorbe el sustrato de cartón.
Según se usa en el presente documento, "látex" se refiere a una suspensión acuosa de partículas de polímero, que pueden ser polímeros naturales, polímeros sintéticos o combinaciones de los mismos.
Según se usa en el presente documento, "pigmento" se refiere a extensores, cargas y recubrimientos tales como arcilla, yeso o caolín utilizados para la fabricación de papel como se hace referencia normalmente en la industria del papel.
La presente invención se describirá adicionalmente en conexión con diversas realizaciones y otros aspectos. Pueden combinarse libremente a menos que el contexto indique claramente lo contrario. La primera capa barrera primaria se aplica sobre la chapa superior del sustrato de cartón, mientras que la segunda capa barrera proporciona la capa superior. Es crucial para proporcionar buenas propiedades de barrera y de resistencia al bloqueo que la temperatura de transición vítrea de la segunda, la capa superior, (Tg2) sea mayor que la temperatura de transición vítrea del primer látex (Tg-i), puesto que se ha descubierto que si la segunda temperatura de transición vítrea es inferior, el recubrimiento muestra un número mayor de agujerillos y una tendencia de bloqueo más fuerte que provoca problemas masivos en la máquina de fabricación de papel. Además, se pierden las propiedades de barrera del cartón recubierto. La segunda temperatura de transición vítrea (Tg2) está en el intervalo de > 10 °C a < 40 °C, preferiblemente en un intervalo de > 20 °C a < 25 °C, mayor que la primera temperatura de transición vítrea (Tg-i).
La primera temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > -10 °C a < 15 °C, preferiblemente en un intervalo de > -10 °C a < 10 °C. La temperatura de transición vítrea se determina mediante el método de calorimetría diferencial de barrido [ASTM D7426 - 08(2013)]. La temperatura de transición vítrea depende de la proporción de unidades de monómero o polímeros, tal como la proporción de unidades de butadieno copolimerizado o acrilato con respecto a las unidades de monómero de estireno copolimerizado, grado de reticulación, distribución del peso molecular, aditivos, etc... La segunda temperatura de transición vítrea puede estar en un intervalo de > 10 °C a < 40 °C, preferiblemente en un intervalo de > 15 °C a < 30 °C, más preferiblemente en un intervalo de > 20 °C a < 25 °C. Puede proporcionarse un cartón recubierto que proporciona una barrera eficiente frente a la grasa o el aceite, especialmente aceite mineral, y alta resistencia al agua. Los valores de la primera y segunda temperaturas de transición vítrea pueden variar, por ejemplo en los intervalos dados, siempre y cuando la primera temperatura de transición vítrea sea menor que la segunda temperatura de transición vítrea.
La primera capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 4 g/m2 a < 25 g/m2, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 5 g/m2 a < 15 g/m2. El gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión es preferiblemente inferior al gramaje de la primera capa. El gramaje de una hoja de papel o capa de recubrimiento se refiere al peso expresado como gramos por metro cuadrado, gsm o g/m2. Según se usan en el presente documento, gsm y g/m2 pueden usarse de un modo intercambiable. La segunda capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 3 g/m2 a < 20 g/m2, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 5 g/m2 a < 15 g/m2, más preferiblemente en un intervalo de > 5 g/m2 a < 12 g/m2. El gramaje de las capas puede ser casi igual, siempre y cuando la primera capa tenga preferiblemente un gramaje mayor. El gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión puede estar en un intervalo de > 1 g/m2 a < 10 g/m2, o en un intervalo de > 2 g/m2 a < 5 g/m2, o en un intervalo de > 3 g/m2 a < 5 g/m2, inferior al gramaje de la primera capa de barrera de dispersión. Se ha descubierto sorprendentemente que aunque puede usarse una cantidad bastante pequeña de látex con un Tg mayor como capa barrera exterior, o segunda, todavía es posible el termosellado del cartón recubierto.
La primera y la segunda capas de barrera de dispersión pueden aplicarse mediante el uso de cualquier tecnología de recubrimiento conocida, tal como cuchilla, cortina, prensa de película, pulverización, huecograbado, huecograbado inverso, recubridor de espuma o similares. La temperatura mínima de formación de película (MFFT) del látex tanto en la primera como en la segunda capas de barrera de dispersión puede estar en un intervalo de > 0 °C a < 20 °C. Una temperatura mínima de formación de película en este intervalo puede proporcionar la formación de una película lista y continua.
En algunas realizaciones, la primera capa de barrera de dispersión puede comprender pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 40 % en peso, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 5 % en peso a < 20 % en peso, más preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 10 % en peso a < 15 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. El primer recubrimiento por dispersión puede comprender o no pigmentos. La primera capa de barrera de dispersión preferiblemente comprende pigmentos en pequeñas cantidades. Los pigmentos pueden seleccionarse entre el grupo que comprende arcilla, carbonato cálcico y/o talco. El pigmento es preferiblemente un pigmento de alta relación de aspecto. El pigmento en la primera capa de dispersión ayuda a mejorar la resistencia del recubrimiento y la retención de agua. Esto permite ventajosamente una barrera más eficiente a un peso de recubrimiento inferior. La primera dispersión de barrera tiene preferiblemente una buena retención del recubrimiento.
La segunda capa de barrera de dispersión puede comprender una gran cantidad de pigmentos. En algunas realizaciones, la segunda barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 70 % en peso, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 50 % en peso, basado en el contenido total de sólido. Los pigmentos pueden seleccionarse, por ejemplo, entre el grupo que comprende arcilla, carbonate cálcico y/o talco. El pigmento tiene preferiblemente un factor de impacto superior a 5, más preferiblemente superior a 10 y lo más preferiblemente superior a 15.
En algunas realizaciones, la primera capa de barrera de dispersión comprende látex en una cantidad en un intervalo de > 70 % en peso a < 100 % en peso, basado en el contenido de sólido seco de la capa. La primera capa de barrera de dispersión se aplica sobre la chapa superior. En algunas realizaciones, la segunda capa de barrera de dispersión, que se aplica en la parte superior de la primera capa, comprende látex en una cantidad en un intervalo de > 50 % en peso a < 90 % en peso, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 60 % en peso a < 80 % en peso, basado en el contenido de sólido seco de la capa.
El látex pasa su uso en la primera y/o segunda capas de barrera de dispersión puede seleccionarse entre el grupo que comprende látex de estireno-butadieno, estireno-acrilato látex, látex de acrilato, látex de acetato de vinilo, látex de acetato de vinilo-acrilato, látex de estireno-butadieno-acrilonitrilo, látex de estireno-acrilato-acrilonitrilo, látex de estireno-butadieno-acrilato-acrilonitrilo, látex de estireno-anhídrido maleico, látex de estireno-acrilato-anhídrido maleico o una mezcla de estos látex. El látex es preferiblemente un látex de estireno-butadieno (SB) o un látex estireno-acrilato (SA), látex de acrilato, látex de acetato de vinilo o látex de acetato de vinilo-acrilato o una mezcla de estos látex. Preferiblemente, en ambas capas se usa una mezcla de látex. El látex puede ser de base biológica, es decir, derivado de biomasa, tal como látex de estireno-acrilato o estireno-butadieno de base biológica. El látex de base biológica puede proporcionar un rendimiento similar y proporciona una huella de carbono mejorada. Ambos látex de la primera y la segunda capas de barrera de dispersión pueden ser iguales, o pueden usarse látex diferentes para las respectivas capas. Sin embargo, incluso si, por ejemplo, se usa un látex de estireno-acrilato (SA) en ambas capas, el látex de SA usado en la segunda capa tiene una temperatura de transición vitrea mayor que el látex de SA usado en la primera capa, y preferiblemente el látex de SA usado en la segunda capa también tiene un tamaño de partícula promedio más pequeño.
En algunas realizaciones, el tamaño de partícula promedio del látex en la segunda capa de barrera de dispersión es más pequeño que el tamaño de partícula promedio del látex de la primera capa de barrera de dispersión. La ventaja es que partículas más pequeñas en la segunda capa dan lugar a una superficie más grande, lo que conduce a propiedades de barrera mejoradas y una mejor formación de película. En la primera capa es más ventajoso usar tamaños de partícula promedio más grandes para que el recubrimiento se mantenga mejor sobre la superficie. La expresión "diámetro promedio" se refiere al valor promedio de todos los diámetros o diámetros promediados aritméticamente, relativos a todas las partículas.
La primera capa de dispersión puede comprender además co-aglutinantes, tales como almidón, carboximetil celulosa (CMC), espesantes hinchables con álcalis o alcohol de polivinilo (PVOH). Puede usarse almidón en la primera capa de barrera de dispersión en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 50 % en peso, o > 10 % en peso a < 20 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. La primera capa barrera puede contener nanofibras de celulosa, preferiblemente en un intervalo de > 1 % en peso a < 10 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. Tales co-aglutinantes pueden controlar la viscosidad y la retención de agua. Tales co-aglutinantes pueden proporcionar además propiedades de barrera contra la grasa. La primera capa barrera puede comprender además agentes espesantes, preferiblemente en un intervalo de > 0,5 % en peso a < 10 % en peso, o > 1 % en peso a < 5 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. El recubrimiento puede contener además otros productos químicos funcionales, tales como nanopigmentos, reticulantes, lubricantes, aditivos de resistencia a la humedad y similares. La primera capa de barrera de dispersión preferiblemente tiene una barrera KIT en un intervalo de > 6 a < 12, preferiblemente en un intervalo de > 9 a < 12. Según se usa en el presente documento, el Número de clasificación KIT se refiere a una métrica dada para indicar cómo de bien una superficie, tal como la superficie del recubrimiento del cartón recubierto seco, resiste la penetración por una serie de reactivos de agresividades crecientes [método TAPPI 559, prueba 3M KIT]. La primera capa de barrera de dispersión también tiene preferiblemente una barrera frente al aceite mineral determinada como la tasa de transmisión de vapor de hexano (HVTR) de <100. Los valores de HVTR [método BASF] por debajo de 100 proporcionan una buena protección de los productos alimenticios envasados.
La segunda capa de dispersión puede comprender además uno o más aglutinantes. El aglutinante puede tener una temperatura de transición vítrea de > 20 °C, preferiblemente en un intervalo de > 20 °C a < 35 °C. La segunda capa de dispersión puede comprender adicionalmente uno o varios co-aglutinantes, tales como almidón, carboximetil celulosa (CMC), espesantes hinchables con álcalis o alcohol de polivinilo (PVOH). El co-aglutinante puede tener una temperatura de transición vítrea por encima de 40 °C. Dicha temperatura de transición vítrea del aglutinante potenciará ventajosamente la resistencia al bloqueo del segundo recubrimiento por barrera de dispersión. Un recubrimiento resistente al bloqueo puede facilitar el secado. Ventajosamente, una menor energía de secado conducirá a menores problemas con el sabor y el olor, y la ayuda en la transferencia de calor puede conducir a un recubrimiento no pegajoso.
La cantidad de material no desintegrable tanto en la primera como en la segunda capas de barrera de dispersión es preferiblemente menos del 20 % en peso, más preferiblemente menos del 10 % en peso, según se calcula sobre la cantidad total de sólidos en los recubrimientos. Esto proporciona que el recubrimiento por dispersión preferiblemente sea redispersable.
Antes de ser recubierto con la primera y la segunda barreras de dispersión, puede dimensionarse la superficie del sustrato de cartón con, por ejemplo, almidón. El sustrato de cartón tiene preferiblemente una rugosidad mínima determinada según el método de Parker Print-Surf (PPS) de PPS < 15 pm, más preferiblemente < 10 pm antes de ser tratado según la invención. El sustrato de cartón tiene además preferiblemente una porosidad determinada según el método de Bendtsen por debajo de 500.
La invención se refiere además a un material de envasado termosellable fabricado mediante el método de la invención según se ha descrito anteriormente. El material de envasado termosellable obtenido por el método puede utilizarse para aplicaciones de recubrimiento de papel que requieran propiedades de barrera, tales como, por ejemplo, una barrera contra el agua y/o una barrera contra la grasa y el aceite, particularmente en el envasado de alimentos. En particular, el método proporciona un cartón recubierto adecuado para el termosellado.
La invención se refiere además a un material de envasado termosellable que comprende:
- un sustrato de cartón que comprende una chapa superior,
- una primera capa de barrera de dispersión sobre la chapa superior, en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una primera temperatura de transición vitrea (Tg), y
- una segunda capa de barrera de dispersión sobre la primera capa de barrera, en donde la segunda capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una segunda temperatura de transición vitrea,
- en donde la segunda temperatura de transición vitrea es mayor que la primera temperatura de transición vitrea, en donde la primera temperatura de transición vitrea está en el intervalo de > -10 °C a < 15 °C y la segunda temperatura de transición vitrea está en el intervalo de > 10 °C a < 40 °C; en el que el gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión es menor que el gramaje de la primera capa de barrera de dispersión, en donde la primera capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 4 g/m2 a < 25 g/m2 y la segunda capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en el intervalo de > 3 g/m2 a < 20 g/m2 y en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 40 % en peso basado en el contenido de sólido seco y la segunda capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 70 % en peso, basado en el contenido total de sólido.
Se ha descubierto que el material de envasado termosellable según la invención proporciona una barrera eficiente frente a la grasa y el aceite, especialmente aceite mineral, y alta resistencia al agua. Es particularmente ventajoso que el material de envasado sea termosellable y/o adecuado para el sellado mediante el uso de ultrasonidos y, en particular, conserva buenas propiedades de termosellado. El material de envasado puede ser sellado por otros métodos distintos al termosellado, sin embargo, la termosellabilidad es una de las caracteristicas más importantes puesto que el termosellado se utiliza ampliamente en los campos del envasado de alimentos. Es particularmente ventajoso que el cartón recubierto por dispersión proporcione un envase termosellable que conserve particularmente buenas propiedades de termosellado.
El sustrato de cartón comprende al menos una chapa, preferiblemente varias chapas, por ejemplo una chapa superior y una trasera, y al menos una chapa intermedia. El sustrato de cartón es preferiblemente un cartón de envasado multicapa, que comprende al menos dos capas, una chapa trasera y una chapa superior. El sustrato de cartón puede tener un gramaje de al menos 150 gsm, preferiblemente al menos 200 gsm. El sustrato de cartón puede comprender además una o varias chapas intermedias. Dicho cartón multicapa es particularmente adecuado para el envasado de liquidos y/o alimentos. Puede dimensionarse la superficie del sustrato de cartón con, por ejemplo, almidón. El sustrato de cartón tiene preferiblemente una rugosidad minima determinada de acuerdo con el método de Parker Print-Surf (PPS) de < 15 pm, más preferiblemente < 10 pm antes de ser recubierto. El sustrato de cartón tiene además preferiblemente una porosidad determinada según el método de Bendtsen por debajo de 500.
Se ha descubierto que las buenas propiedades de barrera y de resistencia al bloqueo proporcionadas ventajosamente por el material de envasado están basadas en que la segunda temperatura de transición vitrea sea mayor que la primera temperatura de transición vitrea. La segunda temperatura de transición vitrea puede estar en un intervalo de > 10 °C a < 40 °C, preferiblemente en un intervalo de > 20 °C a < 25 °C, mayor que la primera temperatura de transición vitrea. Los valores de la primera y segunda temperaturas de transición vitrea pueden variar, siempre y cuando la primera temperatura de transición vitrea sea inferior a la segunda temperatura de transición vitrea. La primera temperatura de transición vitrea está en el intervalo de > -10 °C a < 15 °C, preferiblemente en un intervalo de > -10 °C a < 10 °C. La segunda temperatura de transición vitrea está en el intervalo de > 10 °C a < 40 °C, preferiblemente en un intervalo de > 15 °C a < 30 °C, más preferiblemente en un intervalo de > 20 °C a < 25 °C.
La primera capa de barrera de dispersión tiene un gramaje o pero de recubrimiento en un intervalo de > 4 g/m2 a < 25 g/m2, preferiblemente en un intervalo de > 5 g/m2 a < 15 g/m2. El gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión es menor que el gramaje de la primera capa de barrera de dispersión. La segunda capa de barrera de dispersión puede tener un gramaje o peso de recubrimiento en un intervalo de > 3 g/m2 a < 20 g/m2, preferiblemente en un intervalo de > 5 g/m2 a < 15 g/m2, más preferiblemente en un intervalo de > 5 g/m2 a < 12 g/m2. El gramaje de las capas puede ser casi igual, siempre y cuando la primera capa tenga preferiblemente un gramaje mayor. El gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión puede estar en un intervalo de > 1 g/m2 a < 10 g/m2, o en un intervalo de > 2 g/m2 a < 5 g/m2, o en un intervalo de > 3 g/m2 a < 5 g/m2, inferior al gramaje de la primera capa de barrera de dispersión. Se ha descubierto sorprendentemente que aunque puede usarse una cantidad bastante pequeña de látex con un Tg mayor como capa barrera exterior, o segunda, todavía es posible el termosellado del cartón recubierto.
En algunas realizaciones, la primera capa de barrera de dispersión puede comprender pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 40 % en peso, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 5 % en peso a < 20 % en peso, más preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 10 % en peso a < 15 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. El primer recubrimiento por dispersión puede no comprender pigmentos. La primera capa de barrera de dispersión preferiblemente comprende pigmentos en pequeñas cantidades. Los pigmentos pueden seleccionarse entre el grupo que comprende arcilla, carbonato cálcico y/o talco. El pigmento es preferiblemente un pigmento de alta relación de aspecto. El pigmento en la primera capa de dispersión ayuda a mejorar la resistencia del recubrimiento y la retención de agua. Esto permite ventajosamente una barrera más eficiente a un peso de recubrimiento inferior. La primera dispersión de barrera tiene preferiblemente una buena retención del recubrimiento.
La segunda capa de barrera de dispersión puede comprender una gran cantidad de pigmentos. En algunas realizaciones, la segunda barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 70 % en peso, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 50 % en peso, basado en el contenido total de sólido. Los pigmentos pueden seleccionarse entre el grupo que comprende arcilla, carbonato cálcico y/o talco. Preferiblemente, los pigmentos tienen un factor de impacto mayor a 5, más preferiblemente mayor a 10 y lo más preferiblemente mayor a 15.
En algunas realizaciones, el látex en la primera y/o segunda capas de barrera de dispersión puede seleccionarse entre el grupo que comprende látex de estireno-butadieno, látex de estireno-acrilato, látex de acrilato, látex de acetato de vinilo, látex de acetato de vinilo-acrilato, látex de estireno-butadieno-acrilonitrilo, látex de estireno-acrilato-acrilonitrilo, látex de estireno-butadieno-acrilato-acrilonitrilo, látex de estireno-anhídrido maleico, látex de estireno-acrilato-anhídrido maleico, o una mezcla de estos látex. El látex es preferiblemente un látex de estireno-butadieno (SB) o un látex estireno-acrilato (SA), látex de acrilato, látex de acetato de vinilo o látex de acetato de vinilo-acrilato o una mezcla de estos látex. Los látex de la primera y la segunda capas de barrera de dispersión pueden ser iguales, o pueden usarse diferentes látex para las respectivas capas. Preferiblemente, en ambas capas se usa una mezcla de látex. El látex puede ser de base biológica, es decir, derivado de biomasa, tal como látex de estireno-acrilato o estireno-butadieno de base biológica. El látex de base biológica puede proporcionar un rendimiento similar y proporciona una huella de carbono mejorada. La temperatura mínima de formación de película (MFFT) del látex tanto en la primera como en la segunda capas de barrera de dispersión puede estar en un intervalo de > 0 °C a < 20 °C. Una temperatura mínima de formación de película en este intervalo puede proporcionar la formación de una película lista y continua. Los látex de la primera y la segunda capas de barrera de dispersión pueden ser iguales, o pueden usarse látex diferentes para las respectivas capas. Sin embargo, incluso si, por ejemplo, se usa un látex de estireno-acrilato (SA) para ambas capas, el látex de SA de la segunda capa tiene una temperatura de transición vítrea mayor que el látex de SA de la primera capa y, preferiblemente, el látex de SA de la segunda capa también tiene un tamaño de partícula promedio más pequeño. En algunas realizaciones, el tamaño de partícula promedio del látex en la segunda capa de barrera de dispersión es más pequeño que el tamaño de partícula promedio del látex de la primera capa de barrera de dispersión. Ventajosamente, partículas más pequeñas en la segunda capa dan lugar a una superficie más grande que conduce a propiedades de barrera mejoradas y una mejor formación de película. Ventajosamente, los tamaños de partícula promedio más grandes en la primera capa mejoran que el recubrimiento se mantenga mejor sobre la superficie del cartón.
En algunas realizaciones, la primera capa de barrera de dispersión comprende látex en una cantidad en un intervalo de > 70 % en peso a < 100 % en peso, basado en el contenido de sólido seco de la capa. En algunas realizaciones, la segunda capa de barrera de dispersión, que se aplica en la parte superior de la primera capa, comprende látex en una cantidad en un intervalo de > 50 % en peso a < 90 % en peso, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 60 % en peso a < 80 % en peso, basado en el contenido de sólido seco de la capa.
La primera capa de dispersión puede comprender además co-aglutinantes, tales como almidón, carboximetil celulosa (CMC), espesantes hinchables con álcalis o alcohol de polivinilo (PVOH). Puede usarse almidón en la primera capa de barrera de dispersión en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 50 % en peso, o > 10 % en peso a < 20 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. La primera capa barrera puede contener nanofibras de celulosa, preferiblemente en un intervalo de > 1 % en peso a < 10 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. Tales co-aglutinantes pueden controlar la viscosidad y la retención de agua. Tales co-aglutinantes pueden proporcionar además propiedades de barrera contra la grasa. La primera capa barrera puede comprender además agentes espesantes, preferiblemente en un intervalo de > 0,5 % en peso a < 10 % en peso, o > 1 % en peso a < 5 % en peso, basado en el contenido de sólido seco. El recubrimiento puede contener además otros productos químicos funcionales, tales como nanopigmentos, reticulantes, lubricantes, aditivos de resistencia a la humedad y similares.
En algunas realizaciones, la primera capa de barrera de dispersión tiene preferiblemente una barrera KIT en un intervalo de > 6 a < 12, preferiblemente en un intervalo de > 9 a < 12. Preferiblemente, la primera capa de barrera de dispersión también tiene una barrera frente al aceite mineral determinada como la tasa de transmisión de vapor de hexano (HVTR) de < 100. Los valores de HVTR por debajo de 100 proporcionan una buena protección de los productos alimenticios envasados.
La segunda capa de dispersión puede comprender además uno o más aglutinantes. El aglutinante puede tener una temperatura de transición vitrea de > 20 °C, preferiblemente en un intervalo de > 20 °C a < 35 °C. La segunda capa de dispersión puede comprender adicionalmente uno o varios co-aglutinantes, tales como almidón, carboximetil celulosa (CMC), espesantes hinchables con álcalis o alcohol de polivinilo (PVOH). El co-aglutinante puede tener una temperatura de transición vitrea por encima de 40 °C. Dicha temperatura de transición vitrea del aglutinante potenciará ventajosamente la resistencia al bloqueo del segundo recubrimiento por barrera de dispersión.
La cantidad de material no desintegrable tanto en la primera como en la segunda capas de barrera de dispersión es preferiblemente menos del 20 % en peso, más preferiblemente menos del 10 % en peso, según se calcula sobre la cantidad total de sólidos en los recubrimientos. Esto proporciona que el recubrimiento por dispersión preferiblemente sea redispersable.
La invención se refiere además a un envase termosellado o un envase sellado mediante ultrasonidos hecho a partir del material de envasado termosellable fabricado por el método según la invención, o a partir del material de envasado termosellable según la invención. Preferiblemente, el envase se fabrica mediante termosellado.
A partir de los ejemplos y figuras se harán evidentes características adicionales de la presente invención, en la que: La figura 1 es un dibujo esquemático de un material de envasado según una realización de la invención.
El material de envasado mostrado en la figura 1 comprende un sustrato de cartón 1, que comprende una chapa superior 1a. El sustrato de cartón puede ser un cartón de envasado multicapa que comprende además al menos una chapa trasera 1b. La chapa superior 1a del cartón está recubierta con una primera capa de barrera de dispersión 2, en donde la primera capa de barrera de dispersión 2 comprende un látex que tiene una primera temperatura de transición vitrea. Una segunda capa de barrera de dispersión 3 se dispone sobre la primera capa de barrera 2, en donde la segunda capa de barrera de dispersión 3 comprende un látex que tiene una segunda temperatura de transición vitrea. La temperatura de transición vitrea del látex de la segunda barrera de dispersión 3 es mayor que la temperatura de transición vitrea del látex de la primera capa de barrera de dispersión 2. El gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión 3 es menor que el gramaje de la primera capa de barrera de dispersión 2. La segunda capa de barrera de dispersión 3 comprende además pigmentos. Las capas de barrera de dispersión se llevan mediante recubrimiento por barrera de dispersión sobre el sustrato de cartón. El material que se muestra en la figura 1 es particularmente adecuado para envases de productos termosellados.
Ejemplo 1
Para evaluar los materiales de envasado de la invención, se realizaron una serie de pruebas en las que se evaluó el comportamiento de bloqueo del material de envasado fabricado según la invención en una prueba de laboratorio utilizando un recubridor de rodillos.
Las composiciones de recubrimiento (imprimación, termosellado 1, termosellado 2) se prepararon de acuerdo con la tabla 1:
Tabla 1:
Figure imgf000008_0001
CHP 204 es un látex de SA que tiene una temperatura de transición vitrea de 10 °C, Acronal 728 es un látex de SA disponible de BASF que tiene una temperatura de transición vitrea de 23 °C. Rheocarb 121 es un espesante acrilico e Hydragloss 90 es un pigmento de arcilla de caolin.
La composición de recubrimiento se recubrió mediante el uso de un recubridor de rodillos sobre cartón Cupforma Natura no recubierto, 232 g/m2, que es un cartón tricapa con dos capas exteriores hechas de pulpas Kraft blanqueadas y una capa intermedia que comprende pulpa Kraft blanqueada y CTMP (pulpa quimio-termomecánica).
Las propiedades del material de envasado de dos operaciones de prueba se resumen en la tabla 2:
Tabla 2:
Figure imgf000009_0001
Todas las operaciones de prueba mostraron muy poca o ninguna tendencia al bloqueo. Esto es una mejora significativa sobre la técnica previa, del estado de la técnica, cuando se utiliza un solo látex, con una temperatura de transición vítrea (Tg) de aproximadamente 10 en el recubrimiento y donde los inventores han observado muchos problemas relacionados con el bloqueo y, algunas veces, incluso las capas de cartón no pudieron separarse después del bobinado. Además, como puede verse en la 2, los valores de Cobb observados fueron bajos, especialmente cuando se utilizó únicamente látex con una baja temperatura de transición vítrea (Tg) como primera capa de dispersión como en la operación de prueba n.° 2. También se observó que el termosellado es sorprendentemente bueno. A 100 toda fibra se rasga.
Ejemplo 2
Se realizó una segunda serie de pruebas en las que se evaluó el comportamiento de bloqueo del material de envasado fabricado según la invención en una prueba de producción utilizando un recubridor fuera de línea (aplicador de rodillo y varilla dosificadora).
Las composiciones de recubrimiento de las capas de dispersión 1 y 2 se prepararon según la tabla 3:
Tabla 3:
Figure imgf000009_0003
Según el ejemplo 1, los látex utilizados fueron látex de SA CHP 204 que tiene una temperatura de transición vítrea de 10 °C, y Acronal 728 que tiene una temperatura de transición vítrea de 23 °C. También se utilizaron Rheocarb 121, que es un espesante acrílico e Hydragloss 90 que es un pigmento de arcilla de caolín.
Se realizaron tres pruebas con aplicación de varilla y un recubridor fuera de línea. Los resultados se resumen en la tabla 4:
Tabla 4:
Figure imgf000009_0002
Como puede verse en la tabla 4 a partir de los valores de COBB y de KIT, la totalidad de las tres pruebas utilizando una primera y una segunda capas de dispersión según la invención proporcionaron un cartón con altos valores de barrera contra la humedad y la grasa. Además, no se observó ningún problema con el bloqueo y sí una termosellabilidad satisfactoria.
De nuevo, esto proporciona ventajas importantes en comparación con los métodos de la técnica anterior que provocan un bloqueo grave cuando no se observa la condición de que la temperatura de transición vítrea del látex de la segunda capa de dispersión sea mayor que la temperatura de transición vítrea del látex de la primera capa de dispersión.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un método de fabricación de un material de envasado termosellable, comprendiendo el método las etapas de: - proporcionar un sustrato de cartón que comprende una chapa superior,
- aplicar una primera capa de barrera de dispersión sobre la chapa superior, en la que la primera capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una primera temperatura de transición vítrea, y
- aplicar una segunda capa de barrera de dispersión sobre la primera capa de barrera, en la que la segunda capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una segunda temperatura de transición vítrea,
- en donde la segunda temperatura de transición vítrea es mayor que la primera temperatura de transición vítrea, en donde la primera temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > -10 °C a < 15 °C y la segunda temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > 10 °C a < 40 °C, en donde el gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión es menor que el gramaje de la primera capa de barrera de dispersión, en donde la primera capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 4 g/m2 a < 25 g/m2 y la segunda capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 3 g/m2 a < 20 g/m2, y en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 40 % en peso basado en el contenido de sólido seco y la segunda capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 70 % en peso, basado en el contenido total de sólido.
2. El método, según la reivindicación 1, en donde la primera temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > -10 °C a < 10 °C.
3. El método, según la reivindicación 1 o 2, en donde la segunda temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > 15 °C a < 30 °C, preferiblemente en un intervalo de > 20 °C a < 25 °C.
4. El método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 5 g/m2 a < 15 g/m2.
5. El método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda capa de barrera de dispersión se aplica en una cantidad en un intervalo de > 5 g/m2 a < 15 g/m2, preferiblemente en un intervalo de > 5 g/m2 a < 12 g/m2.
6. El método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 5 % en peso a < 20 % en peso, más preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 10 % en peso a < 15 % en peso, basado en el contenido de sólido seco.
7. El método, según las reivindicaciones 6 o 7, en donde la segunda capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 50 % en peso, basado en el contenido total de sólido.
8. El método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda capa de barrera de dispersión comprende látex en una cantidad en un intervalo de > 50 % en peso a < 90 % en peso, preferiblemente en una cantidad en un intervalo de > 60 % en peso a < 80 % en peso, basado en el contenido de sólido seco de la capa.
9. El método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tamaño de partícula promedio del látex en la segunda capa de barrera de dispersión es más pequeño que el tamaño de partícula promedio del látex de la primera capa de barrera de dispersión.
10. Un material de envasado termosellable que comprende:
- un sustrato de cartón que comprende una chapa superior,
- una primera capa de barrera de dispersión sobre la chapa superior, en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una primera temperatura de transición vítrea, y
- una segunda capa de barrera de dispersión sobre la primera capa de barrera, en donde la segunda capa de barrera de dispersión comprende un látex que tiene una segunda temperatura de transición vítrea,
- en donde la segunda temperatura de transición vítrea es mayor que la primera temperatura de transición vítrea, en donde la primera temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > -10 °C a < 15 °C y la segunda temperatura de transición vítrea está en el intervalo de > 10 °C a < 40 °C, en donde el gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión es menor que el gramaje de la primera capa de barrera de dispersión, en donde el gramaje de primera capa de barrera de dispersión está en el intervalo de > 4 g/m2 a < 25 g/m2
y el gramaje de la segunda capa de barrera de dispersión está en un intervalo de > 3 g/m2 a < 20 g/m2, y en donde la primera capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 0 % en peso a < 40 % en peso basado en el contenido de sólido seco y la segunda capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 70 % en peso, basado en el contenido total de sólido.
11. El material de envasado termosellable, según uno cualquiera de la reivindicación 10, en donde la primera capa de barrera de dispersión tiene una barrera KIT en un intervalo de > 6 a < 12, preferiblemente en un intervalo de > 9 a < 12.
12. El material de envasado termosellable, según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en donde la segunda capa de barrera de dispersión comprende pigmentos en una cantidad en un intervalo de > 30 % en peso a < 50 % en peso, basado en el contenido total de sólido.
13. Un envase termosellado o un envase sellado mediante ultrasonidos, fabricado a partir del material de envasado según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12.
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