ES2903371T3 - Métodos para dispensar y adherir a sustratos polímeros ocluidos termoplásticos - Google Patents

Métodos para dispensar y adherir a sustratos polímeros ocluidos termoplásticos Download PDF

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Jonathan R Freedman
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Abstract

Un método para formar y adherir a un sustrato una estructura de polímero ocluido, que comprende las etapas siguientes: a) proporcionar un sustrato (114) configurado para recibir la aplicación de un polímero ocluido en forma fundida, en donde el polímero ocluido comprende un polímero (25) base, un agente (30) activo mineral, y un agente (35) canalizador; y b) aplicar un polímero ocluido en forma fundida en una conformación predeterminada a una superficie del sustrato, para formar en la misma una estructura de polímero ocluido solidificado, siendo el polímero ocluido solidificado un material monolítico; en donde la superficie del sustrato es compatible con el polímero ocluido en forma fundida para unirse térmicamente a ella y adherirse a ella, y en donde el polímero ocluido solidifica con suficiente enfriamiento para formar el material monolítico, y en donde la estructura de polímero ocluido solidificado comprende los pasos (45) formados del agente canalizador que penetra a través del polímero base y pueden interconectarse entre sí, en donde el método se lleva a cabo usando un aparato dispensador de masa fundida caliente que comprende: una extrusora (102) para proporcionar un flujo del polímero ocluido en forma fundida; una o más mangueras (104), cada una teniendo una cavidad (108) en comunicación de fluido con una salida (106) de la extrusora para recibir flujo del polímero ocluido mineral en forma fundida, terminando la cavidad en un aplicador (110) al que se transporta el polímero ocluido en forma fundida; comprendiendo el aplicador un dispensador (112) para aplicar el polímero ocluido en la conformación predeterminada a la superficie del sustrato.

Description

DESCRIPCIÓN
Métodos para dispensar y adherir a sustratos polímeros ocluidos termoplásticos
Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
Esta descripción se refiere a métodos para extruir un adhesivo termoplástico que comprende un polímero ocluido, opcionalmente en un procedimiento de producción en línea. Más en particular, el concepto descrito se refiere a aplicar y adherir formulaciones de polímero activo fundido a un sustrato que tiene una superficie. La superficie incluye un material compatible con la formulación de polímero activo fundido para facilitar la unión térmica a la misma.
2. Descripción de la técnica relacionada
Hay muchos objetos que preferiblemente se almacenan, se transportan y/o se utilizan en un entorno que debe estar controlado y/o regulado. Por ejemplo, en el campo del control de la humedad, son deseables contenedores y/o envases con la capacidad de absorber la humedad en exceso atrapada en los mismos. El control de la humedad, del oxígeno, del etileno y de otras sustancias gaseosas puede ser deseable en aplicaciones médicas, electrónicas y de envasado de alimentos.
Convencionalmente, se han usado desecantes, absorbedores de oxígeno y otros agentes activos en bruto, por ejemplo, como materiales sueltos en forma de partícula alojados en sobrecitos o latas en envases, para controlar el entorno interno del envase. Para muchas aplicaciones, no es deseable tener dichas sustancias activas almacenadas sueltas. Para abordar este problema, el cesionario de la presente solicitud ha desarrollado polímeros ocluidos activos que comprenden agentes activos, en donde dichos polímeros pueden extruirse y/o moldearse en las formas deseadas, por ejemplo, revestimientos de contenedores, tapones, láminas de película, gránulos y otras de tales estructuras. Opcionalmente, dichos polímeros ocluidos activos pueden incluir agentes canalizadores, como polietilenglicol (PEG), que forman canales entre la superficie del polímero ocluido y su interior para transmitir un material seleccionado (por ejemplo, humedad) al agente activo ocluido (por ejemplo, desecante para absorber la humedad). Los polímeros ocluidos pueden ser formulaciones en dos fases (es decir, que comprenden un polímero base y agente activo, sin agente canalizador) o formulaciones en tres fases (es decir, que comprenden un polímero base, agente activo y agente canalizador). Se describen polímeros ocluidos, por ejemplo, en las Patentes de EE. UU. números 5,911,937; 6,080,350; 6,124,006; 6,130,263; 6,194,079; 6,214,255; 6,486,231; 7,005,459 y en la Publicación de Patente de EE. UU. número 2016/0039955.
Para algunos envases, por ejemplo, bolsas o blísteres, es deseable adherir una película o capa de polímero ocluido a un sustrato (por ejemplo, otro polímero o una hoja) para formar el envase. Una manera de hacerlo es aplicar un adhesivo a la película o capa durante la producción para adherirla al sustrato. Esto puede no ser deseable debido a que requiere una etapa para aplicar un adhesivo separado y el adhesivo puede incluir disolventes que pueden ser perjudiciales para el contenido del envase. Una alternativa es por un método de encastrado térmico que no requiere la aplicación de un adhesivo separado para adherir la película o capa de polímero ocluido al sustrato. Como se describe en la Patente de EE. UU. número 8,142,603, el método de encastrado térmico comprende las etapas siguientes: calentar una hoja sustrato; aplicar una película de polímero ocluido a la hoja y aplicar suficiente presión a la combinación de película y hoja y suficiente calor a la hoja para que la película se adhiera a la hoja.
El encastrado térmico es una mejora sobre el uso de adhesivos convencionales para adherir película de polímero ocluido a un sustrato. Sin embargo, en la producción a gran escala, el encastrado térmico típicamente requiere proporcionar película formada a granel y aplicar una etapa de corte o proporcionar película precortada. Esto no siempre puede desearlo un fabricante, etiquetador o rellenador de envases. Hay una necesidad de métodos de producción en línea para aplicar y adherir un polímero ocluido formado a un sustrato sin tener que proporcionar el polímero ocluido en una conformación preformada o precortada. Idealmente, el método no requeriría el uso de un material adhesivo separado para adherir el polímero ocluido al sustrato.
En el documento GB 1282876 A se describe un método como la invención, pero con las mangueras aguas arriba del mezclador o de la extrusora, mientras en la invención están aguas abajo.
Breve sumario de la invención
La invención se define en la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas se explican en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de varias vistas de los dibujos
La invención se describirá junto con los siguientes dibujos en los que los números de referencia similares designan elementos similares y en donde:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un tapón formado de un polímero ocluido que se puede depositar sobre un sustrato de acuerdo con métodos del concepto descrito.
La figura 2 es una sección transversal tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1.
La figura 3 es una sección transversal similar a la de la figura 2, que muestra un tapón formado de otra realización de un polímero ocluido que se puede depositar sobre un sustrato de acuerdo con los métodos del concepto descrito.
La figura 4 es una ilustración esquemática de un polímero ocluido que se puede usar de acuerdo con métodos del concepto descrito, en que el agente activo es un material absorbente o adsorbente.
La figura 5 es una vista en sección transversal de una lámina formada de un polímero ocluido, adherido a una lámina de barrera sustrato de acuerdo con los métodos del concepto descrito.
La figura 6 es una sección transversal de un envase que puede formarse de acuerdo con los métodos del concepto descrito.
La figura 7 es una ilustración esquemática de una realización, de acuerdo con la invención, de un aparato dispensador de masa fundida caliente que reparte un polímero ocluido en forma fundida a un sustrato.
Descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención
Definiciones
Como se usa en la presente memoria, el término «activo» se define como capaz de actuar sobre un material seleccionado, interactuar o reaccionar con un material seleccionado (por ejemplo, humedad u oxígeno) de acuerdo con el concepto descrito. Los ejemplos de tales acciones o interacciones pueden incluir absorción, adsorción o liberación del material seleccionado.
Como se usa en la presente memoria, el término «agente activo» se define como un material que (1) es inmiscible con el polímero base y cuando se mezcla y se calienta con el polímero base y el agente canalizador no funde, es decir, tiene un punto de fusión que es mayor que el punto de fusión de cualquiera ya sea el polímero base o el agente canalizador y (2) actúa sobre un material seleccionado, interactúa o reacciona con un material seleccionado. El término «agente activo» puede incluir, entre otros, materiales que absorben, adsorben o liberan el (los) material(es) seleccionado(s). Los agentes activos de acuerdo con el concepto descrito están en forma de partículas minerales y el concepto descrito es particularmente adecuado para polímeros ocluidos formados con un agente activo que está en forma de mineral, por ejemplo, tamiz molecular o gel de sílice.
Como se usa en la presente memoria, el término «polímero base» es un polímero que tiene opcionalmente una tasa de transmisión de gas de un material seleccionado que es sustancialmente menor que, menor que o sustancialmente equivalente a, la del agente canalizador. A modo de ejemplo, dicha tasa de transmisión sería una tasa de transmisión de vapor de agua en realizaciones donde el material seleccionado es la humedad y el agente activo es un desecante absorbedor de agua. La función principal del polímero base es proporcionar estructura para el polímero ocluido. Los polímeros base adecuados pueden incluir polímeros termoplásticos, por ejemplo, poliolefinas como polipropileno y polietileno, poliisopreno, polibutadieno, polibuteno, polisiloxano, policarbonatos, poliamidas, copolímeros etilenoacetato de vinilo, copolímero etileno-metacrilato, poli(cloruro de vinilo), poliestireno, poliésteres, polianhídridos, poliacrilianitrilo, polisulfonas, poli(éster acrílico), compuesto acrílico, poliuretano y poliacetal o copolímeros o mezclas de estos.
Con referencia a dicha comparación del polímero base y agente canalizador la tasa de transmisión de vapor de agua, en una realización, el agente canalizador tiene una tasa de transmisión de vapor de agua de al menos dos veces la del polímero base. En otra realización, el agente canalizador tiene una tasa de transmisión de vapor de agua de al menos cinco veces la del polímero base. En otra realización, el agente canalizador tiene una tasa de transmisión de vapor de agua de al menos diez veces la del polímero base. En otra realización más, el agente canalizador tiene una tasa de transmisión de vapor de agua de al menos veinte veces la del polímero base. En otra realización más, el agente canalizador tiene una tasa de transmisión de vapor de agua de al menos cincuenta veces la del polímero base. En otra realización más, el agente canalizador tiene una tasa de transmisión de vapor de agua de al menos cien veces la del polímero base.
Como se usa en la presente memoria, el término «agente canalizador» o «agentes canalizadores» se define como un material que es inmiscible con el polímero base y tiene una afinidad para transportar una sustancia en fase gaseosa con una tasa más rápida que la del polímero base. Un agente canalizador puede formar canales a través del polímero ocluido cuando se forma por mezcla del agente canalizador con el polímero base. Opcionalmente, tales canales pueden transmitir un material seleccionado a través del polímero ocluido con una tasa más rápida que solamente el polímero base.
Como se usa en la presente memoria, el término «canales» o «canales de interconexión» se define como pasos formados del agente canalizador que penetran por el polímero base y pueden interconectarse entre sí.
Como se usa en la presente memoria, el término «polímero ocluido» se define como un material monolítico formado de al menos un polímero base con un agente activo y también un agente canalizador ocluido o distribuido por él. Un polímero ocluido incluye, por tanto, polímeros de tres fases. Un polímero ocluido que tiene un agente activo que está en forma de mineral se refiere en la presente memoria como un «polímero ocluido mineral».
Como se usa en la presente memoria, el término «monolítico», «estructura monolítica» o «composición monolítica» se define como una composición o un material que no consiste en dos o más capas o porciones macroscópicas discretas. Por consiguiente, una «composición monolítica» no incluye un material compuesto multicapa.
Como se usa en la presente memoria, el término «fase» se define como una porción o un componente de una estructura o composición monolítica que se distribuye de manera uniforme completamente para dar a la estructura o composición sus características monolíticas.
Como se usa en la presente memoria, el término «material seleccionado» se define como un material sobre el que actúa o que interactúa o reacciona con un agente activo y que puede ser transmitido por los canales del polímero ocluido. Por ejemplo, en las realizaciones en las que se usa un desecante como agente activo, el material seleccionado puede ser humedad o un gas que puede ser absorbido por el desecante. En las realizaciones en las que se usa un material de liberación como agente activo, el material seleccionado puede ser un agente liberado por el material de liberación, como humedad, fragancia o un agente antimicrobiano. En las realizaciones en las que se usa un material adsorbente como agente activo, el material seleccionado puede ser un determinado compuesto orgánico volátil y el material adsorbente puede ser carbón activado.
Como se usa en la presente memoria, el término «tres fases» se define como una composición o estructura monolítica que comprende tres o más fases. Un ejemplo de una composición de tres fases que se puede usar de acuerdo con el concepto descrito sería un polímero ocluido formado de un polímero base, agente activo y agente canalizador. Opcionalmente, una composición o estructura de tres fases puede incluir una fase adicional, por ejemplo, un colorante.
Polímeros ocluidos adecuados para métodos de acuerdo con el concepto descrito
Las figuras 1-6 ilustran polímeros 10 ocluidos y varios conjuntos de envase formados de polímeros ocluidos de acuerdo con el concepto descrito. Los polímeros 10 ocluidos incluyen cada uno un polímero 25 base, un agente 35 canalizador y un agente 30 activo. Como se muestra, el agente 35 canalizador forma canales 45 de interconexión a través del polímero 10 ocluido. Al menos algo del agente 30 activo está contenido en estos canales 45, de manera que los canales 45 se comunican entre el agente 30 activo y el exterior del polímero 10 ocluido por aberturas 48 de canales formadas en superficies externas del polímero 25 ocluido. El agente 30 activo puede ser, por ejemplo, cualquiera de diversos materiales absorbentes, adsorbentes o de liberación, como se describe en más detalle a continuación.
Los agentes canalizadores adecuados pueden incluir un poliglicol como polietilenglicol (PEG), etileno-alcohol vinílico (EVOH), alcohol polivinílico (PVOH), glicerina poliamina, poliuretano y poli(ácido carboxílico) incluido poli(ácido acrílico) o poli(ácido metacrílico). Alternativamente, el agente 35 canalizador puede ser, por ejemplo, un polímero insoluble en agua tal como monobutil éter polimerizado con óxido de propileno, como Polyglykol B01/240, producido por CLARIANT. En otras realizaciones, el agente canalizador puede ser un monobutil éter polimerizado con óxido de propileno, como Polyglykol B01/20, producido por CLARIANT, polimerizado con óxido de propileno, como Polyglykol D01/240, producido por CLARIANT, etileno y acetato de vinilo, nailon 6, nailon 66, o cualquier combinación de lo anterior.
Los agentes activos adecuados de acuerdo con el concepto descrito incluyen materiales absorbentes, como compuestos desecantes. La figura 4 ilustra una realización de un polímero 10 ocluido de acuerdo con el concepto descrito, en el que el agente 30 activo es un material absorbente o adsorbente. Las flechas indican la ruta del material seleccionado, por ejemplo, humedad o gas, desde el exterior del polímero 10 ocluido, a través de los canales 45, a las partículas de agente 30 activo, que absorben o adsorben el material seleccionado.
Si el agente activo es un desecante, se puede usar cualquier desecante adecuado para una aplicación dada. Típicamente, los desecantes de absorción física se prefieren para muchas aplicaciones. Estas pueden incluir tamices moleculares, geles de sílice, arcillas y almidones. Alternativamente, el desecante puede ser un compuesto químico que forme cristales que contengan agua o compuestos que reaccionen con agua para formar nuevos compuestos.
Opcionalmente, en cualquier realización, el agente activo puede ser un eliminador de oxígeno.
Los materiales absorbentes adecuados también pueden incluir: (1) metales y aleaciones como, entre otros, níquel, cobre, aluminio, silicio, soldadura, plata, oro; (2) materiales en forma de partículas metalizadas como cobre plateado, níquel plateado, microesferas de vidrio plateadas; (3) compuestos inorgánicos como BaTiO3, SrTiO3, SiO2 , Al2O3, ZnO, TiO2 , MnO, CuO, Sb2O3, WC, sílice fundida, sílice de combustión, sílice fundida amorfa, sílice sol-gel, titanatos solgel, titanatos mixtos, resinas de intercambio de iones, cerámicas que contienen litio, microesferas de vidrio huecas; (4) materiales a base de carbono como carbono, carbón activado, negro de humo, negro ketchem, polvo de diamante; (5) elastómeros, como polibutadieno, polisiloxano, y semimetales, cerámica y; (6) otras cargas y pigmentos.
En otro ejemplo, el material absorbente puede ser un eliminador de dióxido de carbono, como óxido de calcio. En presencia de humedad y dióxido de carbono, el óxido de calcio se convierte en carbonato de calcio. Por consiguiente, se puede usar óxido de calcio como material absorbente en aplicaciones donde la absorción de dióxido de carbono es necesaria. Dichas aplicaciones incluyen conservar alimentos frescos (por ejemplo, frutas y verduras) que desprenden dióxido de carbono.
Otros agentes activos adecuados de acuerdo con el concepto descrito incluyen materiales de liberación. Dichos materiales pueden comprender cualquier material adecuado que libere el material seleccionado del material de liberación. El material seleccionado liberado del material de liberación puede estar en la forma de sólido, gel, líquido o gas. Estas sustancias pueden realizar diversas funciones incluidos servir como fragancia, aroma o fuente de perfume; suministrar un ingrediente biológicamente activo como pesticida, repelente de plagas, antimicrobianos, cebos, medicinas aromáticas, etc.; proporcionar sustancias humidificadoras o desecadoras; repartir compuestos químicos transportados por el aire, como inhibidores de corrosión; agentes de maduración o agentes de olor.
Los biocidas adecuados para uso como materiales de liberación en los polímeros ocluidos del concepto descrito pueden incluir, entre otros, pesticidas, herbicidas, nematicidas, fungicidas, rodenticidas y/o mezclas de estos. Además de los biocidas, la cobertura del concepto descrito también puede liberar nutrientes, reguladores del crecimiento de las plantas, feromonas, defoliantes y/o mezclas de estos.
También se pueden usar compuestos de amonio cuaternario como materiales de liberación de acuerdo con el concepto descrito. Dichos compuestos no solo funcionan como tensioactivos, sino que también imparten a la superficie del polímero ocluido propiedades asépticas o establecen condiciones para reducir el número de organismos microbianos, algunos de los cuales pueden ser patógenos. También se pueden usar otros numerosos agentes antimicrobianos, como cloruro de benzalconio y tipos relacionados de compuestos, como hexaclorofeno, como agentes de liberación de acuerdo con el concepto descrito.
Otros materiales de liberación potenciales incluyen fragancias, incluidos perfumes naturales, aceites esenciales y perfumes sintéticos, y mezclas de estos. Los materiales de perfumería típicos que pueden formar parte, o posiblemente la totalidad, del ingrediente activo incluyen aceites esenciales naturales como aceite de limón, aceite de mandarina, aceite de hoja de clavo, aceite de petitgrain, aceite de madera de cedro, aceite de pachulí, aceite de lavandín, aceite de neroli, aceite de ylang, absoluto de rosa o absoluto de jazmín; las resinas naturales como la resina de ládano o la resina de olíbano; productos químicos de perfumería únicos que pueden aislarse de fuentes naturales o fabricarse de manera sintética, como por ejemplo alcoholes como geraniol, nerol, citronelol, linalol, tetrahidrogeraniol, alcohol betafeniletílico, metilfenilcarbinol, dimetilbencilcarbinol, mentol o cedrol; acetatos y otros ésteres derivados de tales alcoholes-aldehídos como citral, citronelal, hidroxicitronelal, aldehído láurico, aldehído undecilénico, cinamaldehído, aldehído amilcinámico, vainillina o heliotropina; acetales derivados de dichos aldehídos; cetonas como metil hexil cetona, las iononas y metiliononas; compuestos fenólicos como eugenol e isoeugenol; almizcles sintéticos como xileno de almizcle, cetona de almizcle y brasilato de etileno.
Se cree que cuanto mayor es la concentración de agente activo en la mezcla, mayor es la absorción, la adsorción o la capacidad de liberación (como pueda ser el caso) de la composición final. Sin embargo, una concentración de agente activo demasiado alta podría ocasionar que el polímero ocluido fuera más frágil y la mezcla fundida de agente activo, polímero base y agente canalizador sea más difícil de formar térmicamente, extruir o moldear por inyección. En una realización, el grado de carga del agente activo puede variar del 10 % al 80 %, preferiblemente del 40 % al 70 %, más preferiblemente del 40 % al 60 %, e incluso más preferiblemente del 45 % al 55 % en peso con respecto al peso total del polímero ocluido. Opcionalmente, se puede proporcionar agente canalizador en un intervalo del 2 % al 10 % en peso, preferiblemente de aproximadamente el 5 %. Opcionalmente, el polímero base puede estar en un intervalo del 10 % al 50 % el peso de la composición total, preferiblemente del 20 % al 35 % el peso. Opcionalmente, se añade un colorante, por ejemplo, a aproximadamente el 2 % en peso de la composición total.
Haciendo referencia a la figura 1, se ilustra un inserto 20, construido a partir del polímero ocluido de acuerdo con una realización opcional. El inserto 20 tiene forma de tapón 55 que puede depositarse en un contenedor u otro recinto o depositarse sobre un sustrato (por ejemplo, una hoja).
Con referencia a la figura 2, se muestra una vista en sección transversal del tapón 55 que se ha construido a partir de un polímero 10 ocluido que comprende el polímero 25 base que se ha mezclado de manera uniforme con el agente 30 activo y el agente hidrófilo o agente 35 canalizador. En la ilustración de la figura 2, el polímero ocluido ha solidificado de manera que se han formado canales 45 de interconexión por el polímero 10 ocluido para establecer pasos a través del tapón 55 solidificado. Como puede apreciarse a partir de las figuras 1 y 2, los pasos terminan en aberturas 48 de canales en las superficies exteriores del tapón 55.
En la figura 3 se ilustra la realización de un tapón 55 similar en construcción y conformación al tapón 55 de la figura 2, donde los canales 45 de interconexión son muy finos comparados con los de la figura 2. Esto puede dar como resultado el uso de un agente dímero (es decir, un plastificante) junto con un agente 35 canalizador. El agente dímero puede mejorar la compatibilidad entre el polímero 25 base y el agente 35 canalizador. Esta mejor compatibilidad se facilita por una viscosidad reducida de la mezcla, que puede promover una mezcla más íntima del polímero 25 base y agente 35 canalizador, que en condiciones normales puede resistir la combinación en una solución uniforme. En la solidificación del polímero 10 ocluido que tiene un agente dímero añadido al mismo, los canales 45 de interconexión que se forman a su través tienen una dispersión mayor y una porosidad menor, estableciéndose de ese modo una mayor densidad de canales de interconexión a través del tapón 55.
Los canales 45 de interconexión, como los descritos en la presente memoria, facilitan la transmisión de un material deseado, como humedad, gas u olor, a través del polímero 25 base, que generalmente resiste la permeación de estos materiales, actuando, por lo tanto, como barrera a ellos. Por esta razón, el propio polímero 25 base actúa como una sustancia de barrera dentro de la cual puede estar ocluido un agente 30 activo. Los canales 45 de interconexión formados del agente 35 canalizador proporcionan rutas para mover el material deseado a través del polímero 10 ocluido. Sin estos canales 45 de interconexión, se cree que se transmitirían cantidades relativamente pequeñas del material deseado a través del polímero 25 base o a partir del agente 30 activo. En el caso en que el material deseado se transmita al agente 30 activo, puede ser absorbido por el agente 30 activo, por ejemplo, en realizaciones en las que el agente 30 activo es un agente activo como un desecante o un absorbedor de oxígeno. En el caso en que se transmita el material deseado a partir del agente 30 activo, puede liberarse del agente 30 activo, por ejemplo, en realizaciones en las que el agente 30 activo es un material de liberación, como una fragancia o un material que libera gas.
En la figura 5 se ilustran realizaciones de un producto acabado del método de acuerdo con el concepto descrito. Se usa una lámina 75 activa formada del polímero 10 ocluido de la invención junto con una lámina 80 de barrera para formar un material compuesto. Las características de la lámina 75 activa son similares a las descritas con respecto al tapón 55. La lámina 80 de barrera puede ser un sustrato como una hoja y/o un polímero con baja permeabilidad a la humedad o al oxígeno. El sustrato 80 es compatible con la lámina 75 activa y se configura, por lo tanto, para unirse térmicamente a la lámina 75 activa, cuando la lámina activa solidifica después de dispensarse, como se analiza a continuación. En la figura 6 se ilustra una realización en la que las dos láminas 75, 80 se combinan para formar una envoltura de embalaje con características activas en una superficie interior formada por la lámina 75 activa de polímero 10 ocluido y características resistentes al vapor en la superficie exterior formada por la lámina de barrera o el sustrato 80. Los métodos de acuerdo con el concepto descrito para hacer la lámina 75 y adherirla al sustrato 80 se describen a continuación.
En una realización, las láminas de la figura 5 se unen entre sí para formar un envase 85 activo, como se muestra en la figura 6. Como se muestra, se proporcionan dos materiales laminados o materiales compuestos, cada uno formado de una lámina 75 activa unida con una lámina 80 de barrera. Los materiales laminados están apilados, con las láminas 75 activas enfrentadas entre sí, para disponerse en el interior del envase, y se unen a una región 90 de sellado, formada alrededor de un perímetro de la región de sellado del interior del envase.
Métodos ejemplares de acuerdo con aspectos opcionales del concepto descrito
Se describirán ahora métodos para aplicar y adherir una estructura de polímero ocluido a un sustrato adecuado de acuerdo con aspectos del concepto descrito.
Una de las dificultades en el procesamiento de polímeros ocluidos minerales fundidos es proporcionar un cizallamiento sustancialmente consistente del material fundido transportado por una extrusora y mantener después el estado fundido del material por el punto de dispensación. Esto no sería problemático típicamente para un polímero de «una fase» simple o una mezcla de polímeros fundidos. Sin embargo, incluir un componente mineral abrasivo y granular en la formulación, como un desecante típico (por ejemplo, tamiz molecular o gel de sílice), introduce complejidad al procedimiento. Dichos componentes minerales granulares interfieren con conseguir el cizallamiento consistente necesario para transportar el polímero ocluido por la extrusora y mantenerlo en un estado fundido cuando se dispensa para aplicar el polímero ocluido fundido en una conformación predeterminada a una superficie de un sustrato para formar en la misma una estructura de polímero ocluido solidificado (por ejemplo, una película).
A partir de las perspectivas de la ciencia de los materiales y la mecánica de fluidos, es conocido que la viscosidad del polímero ocluido varía y disminuye con la tasa de cizallamiento creciente. Este material no newtoniano y pseudoplástico plantea problemas de mezcla y manipulación, ya que su estructura tixotrópica se rompe progresivamente al cizallar y se reconstruye lentamente en reposo. El término «estructura tixotrópica» se basa en la siguiente definición para «tixotropía»: un término usado en reología que significa que la viscosidad del material disminuye significativamente con el tiempo de cizallamiento y luego, aumenta significativamente cuando se elimina la fuerza que introduce el flujo.
Los autores han encontrado que un polímero ocluido mineral no puede ser procesado usando sistemas de fusión en tanque habituales debido a que no se introduce cizallamiento; más bien, solo se usa calor en sistemas de fusión en tanques. Con la ausencia de fluidización por cizallamiento, la alta viscosidad a bajas tensiones de cizallamiento es demasiado grande y, por lo tanto, no permite que el material fluya / se dispense ya que su comportamiento tixotrópico se opone al flujo. Un compuesto de polímero ocluido mineral en forma fundida requiere una presión constante y cizallamiento por una extrusora para que fluya, lo que puede facilitarse usando un sistema de fusión en tanque presurizado. En un sistema de fusión en tanque presurizado se usa un cilindro pneumático para ejercer presión sobre una placa contra el polímero.
Los autores han descubierto ciertas adaptaciones a un equipo de extrusora de un solo tornillo y a procedimientos para usar el mismo que superan estas dificultades. La extrusora, como las extrusoras típicas, proporciona transporte y fusión de la alimentación y acumulación de presión del polímero fundido para su dispensación. Típicamente, una extrusora incluye una cámara hueca con zonas de calentamiento y un eje roscado o tornillo que rota a lo largo de su eje central. La extrusora típicamente incluye una tolva en un extremo, que proporciona la alimentación de material polimérico a la extrusora, típicamente en forma de gránulos sólidos de 2 mm a 10 mm de tamaño.
Con referencia ahora a la figura 7, se muestra una realización, de acuerdo con la invención, de un aparato 100 dispensador de masa fundida caliente para llevar a cabo métodos para formar y adherir una estructura de polímero ocluido a un sustrato. El aparato 100 dispensador de masa fundida caliente incluye un alimentador 102, que es, de acuerdo con la invención, una extrusora para proporcionar un flujo de polímero ocluido mineral en forma fundida. El alimentador 102 incluye una salida 106 a la que se acopla una manguera 104 (opcionalmente más de una manguera). La manguera 104 incluye una cavidad 108 que está en comunicación de fluido con la salida 106 para recibir el flujo del polímero ocluido mineral en forma fundida. La cavidad 108 termina en un aplicador 110 al que es transportado el polímero ocluido en forma fundida. El aplicador 110 comprende un dispensador 112 configurado para repartir el polímero ocluido en forma fundida a una superficie o recinto en cantidades y configuraciones precisas (es decir, en una conformación predeterminada).
En la realización mostrada, el dispensador 112 ha depositado un polímero ocluido mineral en forma fundida a la superficie 116 de un sustrato 114, formándose y adhiriéndose a una estructura 118 de polímero ocluido en ella. Opcionalmente, el sustrato 114 es una hoja y la superficie 116 es una capa de sellado de polímero (que es compatible con el polímero base del polímero ocluido mineral) para ayudar a efectuar una unión térmica entre la estructura 118 y la superficie 116. La cavidad 108 y/o el dispensador 112 (preferiblemente los dos) se calientan para mantener un estado fundido del polímero ocluido cuando se transporta desde el alimentador 102, a través de la cavidad 108 y sale del dispensador 112. Calentar el dispensador 112 de esta manera también puede ayudar a facilitar la formación precisa del polímero ocluido en la conformación predeterminada.
Opcionalmente, el método en que se usa el aparato 100 se lleva a cabo como parte de un procedimiento de producción en línea automatizado. Para facilitar esto, por ejemplo, una cinta transportadora puede transportar unidades de sustrato 114 para depositar automáticamente polímero ocluido fundido en él. Por ejemplo, la cinta transportadora puede moverse en la dirección D para transportar las unidades de sustrato 114 como parte del procedimiento en línea. El procedimiento en línea puede ser, por ejemplo, un procedimiento de producción de envases. La estructura 118 de polímero ocluido y el sustrato 114 forman juntos un material compuesto, que puede ser una porción de un envase flexible, bolsa o blíster, por ejemplo.
Opcionalmente, el dispensador 118 comprende una válvula que alterna entre un estado cerrado y un estado abierto para formar de manera precisa la estructura 118 de polímero ocluido en la conformación predeterminada. Opcionalmente, el dispensador 118 comprende un cabezal de recubrimiento por extrusión por boquilla ranurada de precisión de masa fundida caliente. Este tipo de configuración de dispensador puede ayudar a asegurar una distribución de calor y estabilidad precisas, y proporcionar una repetibilidad precisa. El compuesto polimérico ocluido puede fluir por una boquilla de deposición del dispensador debido a la fluidización por cizallamiento aplicada y la presión cizalla la unión e induce el fallo en la elasticidad del material, ocasionando, por lo tanto, que fluya el material. La elasticidad se recupera inmediatamente después de salir de la boquilla y el polímero ocluido solidifica para mantener su conformación y resistencia. El resultado es una tira u otra estructura de un polímero ocluido solidificado que se configura para unirse térmicamente a un sustrato compatible.
Opcionalmente, en cualquier realización, se puede configurar un tanque de almacenamiento o de suministro de material para almacenar un material de alta viscosidad pseudoplástico y suministrar el material (por ejemplo, gránulos de polímero ocluidos sólidos) a una bomba. La bomba se configura para aplicar una fuerza al material por fluidización por cizallamiento del material de alta viscosidad pseudoplástico para reducir la viscosidad del material, ocasionando, por tanto, que el material fluya.
Si se usa una extrusora para alimentar el polímero ocluido termoplástico, como es el caso en la presente invención, se requieren medios para colocar y dispensar el material sobre un sustrato. Esto, por ejemplo, se proporciona mediante una manguera flexible o rígida que está conectada con la salida de la extrusora y está en comunicación de fluido con la salida de la extrusora, como se mencionó anteriormente. La manguera flexible incluye una cavidad a través de la cual se transporta el polímero ocluido fundido, calentándose la cavidad preferiblemente por encima de la temperatura del polímero que sale de la extrusora. Dicha temperatura alta se configura para evitar la pérdida de calor que podría inhibir el flujo. El compuesto polimérico ocluido puede fluir a través de una tobera de deposición porque la fluidificación por cizallamiento y la presión aplicada cizallan la unión e inducen un fallo en la elasticidad del material, ocasionando, por lo tanto, que el material fluya. La elasticidad se recupera inmediatamente después de salir de la tobera y el polímero ocluido solidifica para mantener su conformación y resistencia. El resultado es una tira u otra estructura de un polímero ocluido solidificado que se configura para unirse térmicamente a un sustrato compatible.
Opcionalmente, en cualquier realización, la cavidad 108 de la manguera 104 que está en contacto con el polímero ocluido fundido se calienta a una temperatura mayor que la del material que sale de la extrusora. Opcionalmente, en cualquier realización, el dispensador 112 se calienta para mantener el estado fundido del polímero ocluido y para facilitar la formación precisa del polímero ocluido en la conformación predeterminada en la etapa de dispensación. Opcionalmente, en cualquier realización, el aparato 100 se calienta de forma progresiva de manera que el polímero ocluido fundido dispensado se encuentre en un estado calentado y moldeable (en forma de masa fundida caliente con propiedades adhesivas inherentes) en la etapa de dispensación para facilitar la dispensación controlada y variable sobre el sustrato 114. Esto se puede conseguir, por ejemplo, calentando las mangueras y/o el dispensador, como se describió anteriormente. Opcionalmente, en cualquier realización, el dispensador 112 se configura para que sea adaptable (por ejemplo, con cabezales de repuesto) para dispensar diversas conformaciones de polímero ocluido y volúmenes de material desde una única fuente de material como sea necesario.
Opcionalmente, en cualquier realización, para integrar el método del concepto descrito en una línea de procesamiento, el material de polímero ocluido fundido se puede transportar a una bomba dosificadora que suministre a las mangueras calentadas y el uso de dispensadores controlados neumáticamente para controlar de manera definida la dispensación. Opcionalmente, se puede usar retroalimentación del procesamiento para controlar el suministro de material de la extrusora a la bomba dosificadora y de la bomba dosificadora al dispensador. Por ejemplo, los controladores lógicos programables se pueden usar para ajustar el encendido y apagado y la velocidad del alimentador (por ejemplo, la extrusora) para mantener un suministro de material fundido a la(s) bomba(s) dosificadora(s). Opcionalmente, se puede acoplar una bomba dosificadora a un colector que suministre a múltiples mangueras calentadas y dispensadores.
El principal uso previsto de los métodos de acuerdo con el concepto descrito es para aplicar un polímero ocluido mineral a un sustrato compatible para adherir el polímero ocluido (inicialmente fundido y posteriormente solidificado) al sustrato mediante unión térmica.
La invención se ilustrará con más detalle con referencia a los siguientes ejemplos, pero se debería entender que no se considera la invención limitada a ellos.
Ejemplos
Los autores reconfiguraron una extrusora para crear un conjunto extrusor y desarrollaron una formulación de polímero ocluido desecante para practicar un método de acuerdo con la invención. El conjunto extrusor extruyó con éxito un polímero retirado mineral a partir de una forma de gránulo, se transportó el material fundido a través de una manguera calentada y se dispensó con una pistola o dispensador calentado de masa fundida caliente para formar una estructura de polímero ocluido adherida a una hoja sustrato.
Una extrusora típica dispensa directamente a través de una boquilla para producir una conformación particular de material, por ejemplo, hebras o tubos sólidos o huecos. De manera única, un conjunto de extrusora de acuerdo con el concepto descrito incluyó una manguera calentada acoplada a la salida de la extrusora y un dispensador calentado acoplado al extremo dispensador de las mangueras. La cavidad de la manguera se calentó a una temperatura mayor que la del material que salía de la extrusora para mantener el polímero ocluido en estado fundido mientras el polímero era transportado a presión desde la extrusora a través de la manguera. El cierre del dispensador permitió que se acumulara presión en el sistema. La apertura y el cierre del dispensador permitieron que el material fluyera de una manera muy controlada y precisa. El polímero base usado en la formulación era compatible con un recubrimiento de polímero (capa de sellado de polímero) en la hoja sustrato. Esto permitió que el estado fundido del polímero ocluido mineral (que se mantuvo además mediante el dispensador calentado) se mezclara y se adhiriera al sustrato recubierto, debido a propiedades similares de los materiales en contacto. El resultado fue una estructura de polímero ocluido solidificado formada y adherida a la hoja sustrato.
Si bien la invención se ha descrito en detalle y con referencia a ejemplos específicos de la misma, será evidente para un experto en la técnica que se pueden hacer varios cambios y modificaciones en la misma sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un método para formar y adherir a un sustrato una estructura de polímero ocluido, que comprende las etapas siguientes:
a) proporcionar un sustrato (114) configurado para recibir la aplicación de un polímero ocluido en forma fundida, en donde el polímero ocluido comprende un polímero (25) base, un agente (30) activo mineral, y un agente (35) canalizador; y
b) aplicar un polímero ocluido en forma fundida en una conformación predeterminada a una superficie del sustrato, para formar en la misma una estructura de polímero ocluido solidificado, siendo el polímero ocluido solidificado un material monolítico;
en donde la superficie del sustrato es compatible con el polímero ocluido en forma fundida para unirse térmicamente a ella y adherirse a ella, y
en donde el polímero ocluido solidifica con suficiente enfriamiento para formar el material monolítico, y en donde la estructura de polímero ocluido solidificado comprende los pasos (45) formados del agente canalizador que penetra a través del polímero base y pueden interconectarse entre sí,
en donde el método se lleva a cabo usando un aparato dispensador de masa fundida caliente que comprende: una extrusora (102) para proporcionar un flujo del polímero ocluido en forma fundida;
una o más mangueras (104), cada una teniendo una cavidad (108) en comunicación de fluido con una salida (106) de la extrusora para recibir flujo del polímero ocluido mineral en forma fundida, terminando la cavidad en un aplicador (110) al que se transporta el polímero ocluido en forma fundida;
comprendiendo el aplicador un dispensador (112) para aplicar el polímero ocluido en la conformación predeterminada a la superficie del sustrato.
2. El método de la reivindicación 1, en donde el dispensador se calienta para mantener un estado fundido del polímero ocluido en la etapa (b) y para facilitar la formación precisa del polímero ocluido en la conformación predeterminada en la etapa (b).
3. El método de la reivindicación 1 o 2, comprendiendo el dispensador una válvula que alterna entre un estado cerrado y un estado abierto para formar de manera precisa la estructura de polímero ocluido en la conformación predeterminada.
4. El método de cualquier reivindicación previa, en donde el sustrato es una hoja y la superficie del sustrato es una capa de sellado de polímero en la hoja.
5. El método de cualquier reivindicación previa, en donde el agente activo mineral es un material granular que es más abrasivo que el polímero base.
6. El método de cualquier reivindicación previa, en donde el agente activo es un desecante, opcionalmente un tamiz molecular, un gel de sílice, una arcilla u otro desecante que sea un material granular que sea más abrasivo que el polímero base.
7. El método de cualquier reivindicación previa, en donde uno o ambos, el sustrato y la estructura de polímero ocluido, son materiales flexibles.
8. El método de cualquier reivindicación previa, en donde la estructura de polímero ocluido solidificado está en forma de lámina, película, perla, punto, tira o espiral.
9. El método de la reivindicación 8, en donde la estructura de polímero ocluido solidificado está en forma de película que tiene un espesor de 0.1 mm a 1.0 mm, opcionalmente de 0.2 mm a 0.8 mm, opcionalmente de 0.3 mm a 0.7 mm.
10. El método de la reivindicación 9, en donde el sustrato es una hoja, la superficie del sustrato es una capa de sellado de polímero en la hoja y el sustrato es una porción de un envase para producto sensible a la humedad, opcionalmente en donde el envase es un envase flexible, una bolsa o un blíster.
11. El método de cualquier reivindicación previa, en donde la estructura de polímero ocluido solidificado se adhiere al sustrato sin el uso de un material adhesivo separado.
12. El método de cualquier reivindicación previa, en donde el contenido de agente activo es del 30 % al 80 %, opcionalmente del 30 % al 75 %, opcionalmente del 30 % al 70 %, opcionalmente del 35 % al 70 %, opcionalmente del 40 % al 65 %, opcionalmente del 45 % al 55 % en peso del polímero ocluido.
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