ES2927710T3 - Procedimiento de fabricación de vasos de cartón recubierto de barniz biodegradable - Google Patents

Abstract

Se propone un método para la fabricación de un vaso destinado a contener una bebida alimenticia, que comprende una etapa de corte (3.2) de al menos una lámina de cartón revestido para formar el lateral y el fondo, y una etapa de ensamblaje (3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7) termosellando las láminas así cortadas para formar la copa. La al menos una lámina de cartón está revestida al menos en el interior del vaso con un barniz biodegradable según una técnica de revestimiento. De esta forma, el vaso es fácil de fabricar y respeta los estándares medioambientales al ser fácilmente reciclado y compostado, incluso en casa. Por tanto, el barniz biodegradable no perturba ni contamina el funcionamiento de la trituradora utilizada en la fabricación de papel. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de fabricación de vasos de cartón recubierto de barniz biodegradable

1. Campo de la invención

El campo de la invención es el de la fabricación de vasos de cartón destinados a recibir líquidos alimentarios y fabricados a partir de hojas de cartón previamente cortadas en bobinas, preferiblemente de diferentes anchos. Más concretamente, la invención se refiere al hecho de que el cartón está recubierto con un barniz biodegradable que se aplica al menos en una cara del cartón según el método de recubrimiento por varias capas (cuché).

2. Antecedentes tecnológicos

Los vasos de cartón son un utensilio muy utilizado hoy en día para consumir líquidos alimentarios, se encuentran en particular en la restauración de comidas rápidas y en muchos dispensadores de bebidas del tipo de: café, té, chocolate caliente, caldo de verduras,... Los “vasos de cartón” de hecho designan recipientes constituidos de cartón recubierto con una capa de polietileno en al menos una o ambas caras del cartón. Estos vasos son fabricados a partir de dos hojas de cartón previamente cortadas para formar, una vez enrolladas, una estructura troncocónica para una y un fondo circular para la otra. El cartón de estos vasos debe ser recubierto con una capa protectora que permite hacer estancas las paredes y también permite el sellado por calor. Además, la capa protectora que está en contacto con el contenido del vaso debe respetar las normas relativas a los embalajes de alimentos y no debe generar ningún impacto sensorial que pueda alterar el sabor o incluso el olor del contenido. Durante muchos años, los fabricantes han utilizado polietileno (PE) para recubrir el cartón sobre una o ambas caras.

El polietileno garantiza las siguientes funciones:

- estanquidad a los líquidos (las paredes interiores y exteriores quedan recubiertas en el caso de las bebidas frías debido al posible fenómeno de condensación en el exterior del vaso),

- sellado por calor, soldando la pared lateral y el fondo del vaso,

- capacidad de ser impreso para personalizar los vasos sobre la cara exterior,

- paso por las diferentes etapas de fabricación de los vasos con respeto de los grosores necesarios para los utillajes de formato, específicos para cada formato de vaso, sin des-estratificar ni degradar la capa de PE que garantiza la estanqueidad y las soldaduras laterales e inferiores,

- respeto de los procedimientos de control de producción sobre la conformidad de las soldaduras y los ensayos de fugas con las soluciones de ensayo in situ,

- conformidad con el reglamento de la UE N° 10/2011 de la comisión del 14 de enero de 2011 relativo a los materiales y objetos de material plástico destinados a entrar en contacto con productos alimenticios y, en particular, bebidas calientes, frías y helados,

- ausencia de impacto sensorial en el contenido del vaso.

Hoy en día, se fabrican miles de millones de vasos cada año. Por lo tanto, surge la cuestión del tratamiento de los vasos usados y del reciclaje del cartón recubierto con una capa protectora cuando el vaso ha sido usado. Los vasos de cartón recubiertos con PE son, en teoría, reciclables. Es posible separar el polietileno del cartón para reciclar por separado los constituyentes por un sistema de baños. De hecho, el nivel de flotabilidad del cartón es diferente del nivel de flotabilidad del PE. Generalmente no existe una cadena de recuperación de los vasos en restaurantes o en domicilios particulares que permita separar el PE del cartón y así reciclarlos. Muy a menudo estos vasos se tiran a la basura de los objetos no reciclados. Además, la presencia de PE tiene los siguientes inconvenientes principales: los vasos de cartón no son: biodegradables, compostables, ni se puedan volver a transformar en pulpa. Esta última característica significa que es imposible pasarlos por un aparato llamado ‘transformador en pulpa” en la fábrica de papel, este aparato rehace la pasta de papel cartón sin separar el PE del cartón.

Una solución alternativa al polietileno es utilizar ácido poliláctico (PLA). Los vasos recubiertos con PLA por una o ambas caras del cartón son aptos para el contacto directo con alimentos, y por ello deben cumplir las especificaciones definidas por el Reglamento CE n° 1935/2004 que se refiere a la aptitud para el contacto con alimentos. En lo que respecta al respeto del medio ambiente, los vasos deben cumplir, en particular, las normas EN N° 14021 y EN N° 13430 que se refieren a la biodegradabilidad y al hecho de ser reciclables. Finalmente, es preferible que los vasos puedan reciclarse por compostaje según técnicas industriales a 70 °C conforme a la norma EN 13432 (esta norma es más restrictiva que las normas EN 14021 y EN 13430). La certificación de los vasos según estas normas condiciona en gran medida la elección de la sustancia utilizada para la capa protectora.

Aunque en general más ventajoso que el PE, el PLA tiene los siguientes inconvenientes:

- Los vasos no se pueden volver a transformar en pulpa en la fábrica de papel tal como están sin separar el PLA del cartón. Es casi imposible separar el PLA del cartón por un sistema de baños tradicional, como es posible utilizando PE.

- Los vasos no son compostables a temperatura ambiente a 30 °C (esta técnica es cualificada: "OK Compost Home" por la profesión, utilizando los servicios de un organismo certificador) en un compostador individual que cualquier persona puede poseer.

- El cartón revestido de PLA es más difícil de trabajar que el cartón revestido de PE durante el proceso de formación de los vasos: más rigidez, región de temperatura de sellado por calor reducida...

- El depósito mínimo de PLA obtenido por extrusión sobre el cartón es del orden de 25 g/m2 por cara cuando el depósito de PE es de 12 g/m2 a 18 g/m2, lo que implica más grosor y por tanto un mayor coste.

- El PLA es más difícil de imprimir que PE utilizando tintas y técnicas de impresión conocidas. La calidad de impresión se degrada y la duración de la tinta es menos buena, lo que genera fenómenos de transferencia de impresión que pueden ser visibles en el exterior y en el interior de los vasos debido al trabajo en bobinas.

- El PLA contiene Organismos Genéticamente Modificados (OGM), algunos clientes del sector de los vasos de papel los rechazan categóricamente.

El documento DE 961 053 C describe la fabricación de un recipiente cónico, de papel, cartón o material similar, destinado a recibir un líquido alimentario. La forma troncocónica del recipiente fabricado facilita el apilamiento de los recipientes unos sobre otros. Estos recipientes, normalmente tarros de yogur, son fabricados de cartón recubierto de parafina, que no respeta suficientemente el medio ambiente. Además, las hojas de cartón están pegadas, lo que corre el riesgo de provocar fugas, en particular para aplicaciones del tipo de bebidas calientes, más exigentes en términos de estanquidad y de resistencia a las fugas.

El documento JP 2003 013391 describe la utilización de una resina biodegradable para la fabricación de un recipiente, destinado en particular a la alimentación. En este procedimiento particular, las hojas de papel se cortan previamente antes de recubrirlas con resina, y el papel aún húmedo de resina se calienta y se prensa para producir la forma deseada del recipiente. Este documento muestra por tanto un complejo procedimiento para fabricar el vaso que debe respetar una precisa secuenciación para el corte del cartón, su recubrimiento y el montaje del recipiente utilizando dos hojas, una para el flanco y la otra para el fondo.

El documento US 2009/014506 muestra un procedimiento de fabricación de hoja de cartón para la producción de recipientes destinados a contener alimentos. El cartón es revestido de un líquido de revestimiento fabricado mezclando un líquido biodegradable y una imprimación, en una relación de 9:1, los materiales biodegradables son: polímeros, o acetato de polivinilo. El cartón debe precalentarse mediante rodillos y debe eliminarse la electricidad estática, lo que hace el procedimiento muy complejo y no garantiza un grosor constante del producto que sirve de cola o pegamento y asegura la estanquidad.

El documento JP 2005 096814 A muestra la fabricación de un vaso de forma troncocónica a partir de hojas de papel recubiertas con PLA. La soldadura entre las dos hojas que constituyen el flanco y el fondo se realiza añadiendo una capa de barniz en la zona de la soldadura. Este documento enseña a combinar el uso: de una hoja de papel con una capa de PLA, que es biodegradable, para obtener un nivel de barrera suficiente para ser destinado a recibir un líquido alimentario; y una capa de barniz aplicada localmente al nivel de las soldaduras entre las hojas.

Hoy en día, por lo tanto, es importante encontrar un método de fabricación que permita que los vasos de cartón conserven estas características de alimentación y de capacidad de impresión, sin impacto sensorial y que pueden volver a transformarse en pulpa en la fábrica de papel, reciclables, biodegradables, compostables según la norma EN 13432 y, si es posible, a temperatura ambiente (30 °C, es decir, utilizable en un compostador doméstico), todo ello respetando las limitaciones de fabricación relacionadas con los utillajes de formato de vasos, el proceso de formación de los vasos y los controles de calidad necesarios para la validación de los vasos.

3. Exposición de la invención

En un modo de realización particular de la invención, se propone un procedimiento para la fabricación de un vaso destinado a contener una bebida alimenticia, que comprende una etapa de corte de al menos una hoja de cartón recubierto para formar el flanco y el fondo, y una etapa de sellado por calor de las hojas así cortadas para formar el vaso. La al menos una hoja de cartón está recubierta al menos en el lado interior del vaso con un barniz biodegradable según una técnica de recubrimiento por varias capas.

De esta forma, el vaso así fabricado puede volver a transformarse en pulpa en la fábrica de papel, ser reciclable, biodegradable y compostable. El barniz biodegradable no perturba y no contamina el funcionamiento de la "máquina para transformar en pulpa" utilizada en la fábrica de papel. Por lo tanto, el vaso así producido se puede volver a transformar en pulpa en la fábrica de papel.

Según un primer modo de realización, la etapa de recubrimiento comprende al menos las cuatro sub-etapas sucesivas siguientes:

- aplicación de la hoja de cartón contra al menos un cilindro que forma burbujas sumergiendo cada uno en una cubeta que contiene dicho barniz,

- paso de la hoja de cartón así recubierta frente a un generador de lámina de aire,

- paso de la hoja de cartón a través de al menos un puesto de secado,

- paso de la hoja de cartón sobre una calandria de refrigeración.

De esta forma, se puede determinar con precisión la densidad del barniz sobre el cartón, y el cartón recubierto está suficientemente seco y enfriado para ser bobinado posteriormente.

Según otro modo de realización, la hoja de cartón se aplica contra una sucesión de varios cilindros que se sumergen en cubetas que contienen diferentes densidades de barniz según el depósito a realizar, teniendo las primeras cubetas puestos en contacto con el cartón una mayor dilución que las siguientes cubetas para una aplicación en varias capas sobre una misma cara. De esta manera, el barniz se impregna en el cartón de manera más eficiente.

Según otro modo de realización, la etapa de corte incluye dos sub-etapas consistentes, una en cortar el flanco a partir de una primera hoja de cartón previamente recubierto, y la otra en cortar el fondo a partir de una segunda hoja de cartón previamente recubierto. De esta forma, la densidad del barniz se define en función de si la hoja se utiliza para el fondo o para el flanco.

Según otro modo de realización, el cartón del fondo es menos grueso y tiene un gramaje más ligero que el cartón utilizado para el flanco. De esta manera, el grosor y el gramaje del cartón se definen según se utilice la hoja para el fondo o el flanco. Según otro modo de realización, la etapa de corte comprende una sub-etapa consistente, en cortar el flanco y el fondo a partir de la misma hoja de cartón previamente recubierta. De esta manera, se utiliza para la fabricación una única referencia de hoja de cartón, lo que simplifica las operaciones.

Según la invención, el depósito de extracto seco de barniz biodegradable es de 8 a 16 gramos por m2 en la cara del cartón destinada al interior de los vasos, y según otro modo de realización de 2 a 6 gramos por m2 en la cara del cartón destinada al exterior de los vasos.

Según otro modo de realización, la etapa de recubrimiento con barniz biodegradable incluye una etapa de regulación de la densidad del barniz utilizando al menos uno de los medios tomados de la siguiente lista: "una rasqueta que pasa sobre la hoja de cartón, una lámina de aire, una barra de Meyer”. De esta forma, la capa de barniz utilizada es homogénea y de grosor uniforme.

Según otro modo de realización, el procedimiento incluye una etapa de ensayo que consiste en ejercer una fuerza en cada lado de la soldadura que une los costados laterales del flanco sellados por calor o de la soldadura que une el flanco con el fondo, hasta que esta última cede, siendo aumentada la temperatura para los próximos ensayos si la soldadura se suelta sin que el cartón se des-estratifique, desfibre o rasgue. De esta forma, se ensaya el procedimiento de fabricación y se ultiman los parámetros antes de lanzar la producción de los vasos.

Según otro modo de realización, el procedimiento incluye una etapa de impresión de un elemento gráfico en la cara exterior del flanco del vaso así formado, interviniendo dicha etapa después de una etapa de recubrimiento de dicha cara con una capa de 2 a 6 gramos/m2 de extracto seco de barniz.

4. Lista de las figuras

Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción, dada a título de ejemplo indicativo y no limitativo, y de los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista sinóptica de una cadena de producción de cartón recubierto, según una realización ejemplar preferida,

La figura 2 representa un ejemplo de vaso fabricado según el procedimiento objeto de la presente solicitud.

La figura 3 muestra un diagrama de bloques de las etapas de un procedimiento de fabricación de vasos, según una realización ejemplar preferida.

La figura 4 presenta un ejemplo de corte de una hoja de cartón para formar el flanco del vaso,

La figura 5 presenta un ejemplo de corte de una hoja de cartón para formar el fondo del vaso,

La figura 6 presenta la cooperación entre las dos hojas de cartón para realizar la conexión del fondo del vaso según un ejemplo de realización,

La figura 7 representa el enrollado anular del borde superior del vaso para formar un reborde según un ejemplo de realización.

5. Descripción detallada de un modo de realización

En todas las figuras de este documento, los elementos (o etapas) idénticos se designan con el mismo número de referencia.

5.1 Principio general

Se propone un procedimiento de fabricación de un vaso destinado a contener una bebida alimenticia, que incluye una etapa de corte de al menos una hoja de cartón recubierto para formar el flanco y el fondo, y una etapa de sellado por calor de las hojas así cortadas para formar el vaso. La al menos una hoja de cartón está recubierta al menos por el interior del vaso con un barniz biodegradable según una técnica de recubrimiento por varias capas.

5.2 Descripción del material de producción del cartón.

Previamente a la fabricación del vaso y según la invención, el procedimiento utiliza cartón recubierto en al menos una cara con un barniz biodegradable. La producción del cartón se describe en relación con la Fig. 1, que presenta una cadena de producción, según una realización ejemplar preferida.

La cadena 1 de producción incluye en particular los siguientes dispositivos:

- un dispositivo 2 de desenrollar que almacena alrededor de un mandril una hoja continua de cartón virgen,

- un cilindro 3 de burbujeo que asegura la transferencia del barniz sobre el cartón. Este cilindro se sumerge en una cubeta 4 que contiene el barniz biodegradable y que además posee la característica de poder ser compostado fácilmente. El cilindro aplica en su rotación el barniz sobre el cartón puesto en contacto sobre su superficie de revolución. La velocidad de rotación de este cilindro se determina para sobrealimentar el cartón con barniz. A continuación, se regula la densidad del barniz mediante una lámina de aire (y/o una rasqueta según la instalación). La velocidad a la que se desplaza la hoja de cartón sobre este cilindro varía según el tipo de dispositivo de revestimiento por capas utilizado: de 50 a 60 m/min para las instalaciones más pequeñas a más de 200 m/min en las instalaciones más grandes o incluso máquinas de revestimiento por capas en línea de fábrica de papel.

- un dispositivo para generar un flujo 5 de aire, denominado "lámina de aire". Este dispositivo permite soplar el exceso de barniz sobre la superficie y así mantener un grosor de capa y un depósito constante de barniz por unidad de superficie. La obtención del depósito de barniz correcto se obtiene mediante la combinación de los siguientes factores: el ángulo de la lámina de aire, la separación de la lámina de aire con relación al cartón y el caudal de la lámina de aire.

- un puesto 6 de secado. Este puesto es preferiblemente un horno cuyo interior se mantiene a una temperatura constante. Son posibles otros dispositivos de calentamiento rápido, en particular por radiación,

- una calandria 7 de refrigeración. Este dispositivo permite enfriar el cartón recubierto antes de su acondicionamiento en rollo. Este dispositivo permite evitar que las hojas de cartón se peguen entre sí debido a la combinación del calor que sigue al paso por el horno y de la tensión necesaria para enrollarlas en bobina.

- una enrollador 8 que recupera el cartón recubierto de barniz biodegradable y realiza bobinas fáciles de transportar, y de utilizar con vistas por ejemplo, a la impresión en pre-impresión y luego al corte de las hojas que constituyen los vasos.

Esta cadena 1 de producción permite producir un cartón recubierto de barniz por una sola cara. Es perfectamente posible tener en una cadena de este tipo un segundo o un tercer grupo de recubrimiento, incluyendo cada grupo un cilindro 3 para burbujear, un generador de lámina 5 de aire y un puesto 6 de secado para recubrir una cara en dos capas sucesivas y/ o recubrir la otra cara del cartón. Este método solo requiere una pasada para recubrir el cartón por ambas caras. El recubrimiento se puede realizar fuera de línea en una máquina específica o en línea en la fábrica de papel durante la fabricación del cartón. Ya sea recubierta sobre una cara o sobre ambas caras, la hoja de cartón recubierto se enrolla alrededor de un mandril para formar una bobina 9.

Esta cadena 1 de producción del cartón utiliza la técnica del recubrimiento en varias capas lo que permite obtener una cobertura de calidad y un buen estado superficial (la capa de barniz es muy regular y uniforme sin hueco ni ranura ni fallo por los que podrían entrar líquidos en el cartón y causar reblandecimiento o fugas). Con ayuda de esta técnica de recubrimiento, la capa de barniz es uniforme y no presenta ranura ni fallo por los que podrían entrar líquidos en el cartón y provocar reblandecimientos o fugas. Además, la capa de barniz es muy regular en término de gramos por unidad de superficie, lo que permite obtener soldaduras de gran calidad.

El recubrimiento se puede realizar en un sistema del tipo de barra de Meyer, una máquina de revestimiento en capas con rasqueta, una máquina de revestimiento en capas con lámina de aire o un cúmulo de estas diferentes técnicas. Los diversos experimentos han demostrado que la técnica de recubrimiento por una máquina de revestimiento en capas con lámina de aire permite controlar con mayor precisión la deposición de extracto seco de barniz y garantizar una capa uniforme y regular sobre la superficie del cartón como se ha descrito anteriormente.

La capacidad de sellado por calor del barniz permite una soldadura tras un contacto muy corto, inferior a 2 décimas de segundo por ejemplo y a una temperatura que varía por ejemplo de 300 °C a 600 °C. Tales características permiten una cadencia industrial de producción de vasos que puede llegar a 300 recipientes por minuto. El barniz también es hidrófobo para hacer completamente estanco al agua el cartón, pero también para bebidas calientes (superior a 90 °C) y frías que pueden ser básicas, neutras o ácidas según su naturaleza durante un período de contacto de 30 min. Finalmente, el barniz es biodegradable para poder conferir a los vasos que va a permitir realizar, una vez realizado el recubrimiento sobre el cartón, características de capacidad de reciclado, nueva transformación en pulpa en la fábrica de papel, biodegradabilidad, compostabilidad y capacidad de impresión. El cartón así recubierto con barniz debe poder cumplir con las normas de compostabilidad, por ejemplo, la norma EN 13432.

Un ejemplo de barniz biodegradable utilizado es una cera de parafina injertada con acrílico o "acrylic-grafted parafin wax” en inglés. Este tipo de barniz confiere al cartón las propiedades de sellado por calor y resistencia al agua y a la grasa. En efecto, es preferible utilizar un barniz en fase acuosa formado por resinas a base de ceras de parafina, para fabricar vasos destinados a recibir bebidas calientes y frías, y respetuosos con el medio ambiente.

El depósito de extracto de barniz seco de biodegradable para la realización de los vasos de cartón es de 8 a 16 g/m2 sobre la cara del cartón destinada al interior de los vasos y, si es necesario, de 2 a 6 g/m2 sobre la cara del cartón destinada al exterior de los vasos. El depósito en la cara exterior es opcional, sin embargo permite mejorar la calidad de las soldaduras del flanco y del fondo y sobre todo permite garantizar una mejor estanquidad del cartón sobre la cara exterior de los vasos por el fenómeno de condensación que se puede producir en esta cara cuando el vaso se llena con una bebida fría y más particularmente con cubitos de hielo o con hielo. El depósito de 8 a 16 g/m2 de extracto seco de barniz sobre la cara de cartón destinada al interior de los vasos se puede realizar en una o varias pasadas, como se ha descrito anteriormente, utilizando varios grupos de recubrimiento. Siendo menor el depósito de 2 a 6 g/m2 de extracto seco de barniz sobre la cara del cartón destinada al exterior de los vasos, generalmente una sola pasada es suficiente.

Según un perfeccionamiento, el barniz se suministra concentrado, lo que obliga a los fabricantes de vasos a diluirlo (decimos "alargar" en la profesión). El índice de alargamiento del barniz se determina en función de la concentración del barniz, de su viscosidad inicial, del depósito de extracto seco esperado, del equipo presente en el dispositivo de revestimiento y de la velocidad de desplazamiento del cartón. Cuanto más se diluye el barniz, más penetra en el cartón, cuanto menos se diluye, más permanece en la superficie del cartón. Cuando se depositan los 8 a 16 g/m2 de barniz en varias pasadas, en la primera pasada se aplica una dilución más fuerte para penetrar en el cartón (que es fibra) y cerrar el soporte (para conseguir el efecto de una subcapa). A continuación, se aplica una dilución más débil a la o a las siguientes capas para obtener una capa uniforme y regular de barniz en la superficie del cartón, garantizando así la estanquidad y el sellado por calor. El porcentaje de dilución depende en gran medida del material utilizado, del número de pasadas realizadas y de la velocidad lineal de desplazamiento del cartón. En el caso por ejemplo de un desplazamiento de la hoja de cartón de 50 metros por minuto y para una concentración de barniz del 50%, la experimentación ha demostrado que, para obtener depósitos eficientes de extracto seco, es posible diluir al 50% para la cara interior y al 250% para la cara exterior, y realizar una sola pasada. Otro experimento en otro tipo de máquina arrojó el mismo resultado, a diferentes diluciones: 20% de dilución para la cara interior y 140% para la cara exterior para una velocidad de 60 metros por minuto. Por tanto, se pueden establecer horquillas de dilución de entre el 15% y el 60% para la cara interior y de entre el 100 y el 300% para la cara exterior, en el caso de un recubrimiento en una sola pasada teniendo en cuenta las velocidades y el tipo de dispositivos de revestimiento utilizados.

Una vez recubierto el cartón con barniz biodegradable, éste se seca mediante uno o varios puestos 6 de secado a alta temperatura (150 °C a 250 °C por ejemplo) para formar la capa esperada sobre la superficie del cartón. La temperatura de secado depende del equipo utilizado en la máquina de revestimiento por capas (sistema de secado eléctrico, de gas, directo, indirecto, etc.), de la velocidad lineal de desplazamiento del cartón, de la viscosidad del barniz y del depósito en extracto seco realizado. Según el equipo y las temperaturas de secado utilizados, puede ser necesario enfriar el cartón recubierto por medio de una calandria 7 de refrigeración antes de la realización de la bobina 9. Sabiendo que el barniz biodegradable tiene propiedades de sellado por calor, la refrigeración evita que las bobinas de cartón recubiertas con barniz se suelden o se peguen entre sí durante el bobinado.

Se verá más adelante que el vaso es fabricado a partir de dos hojas de cartón previamente cortadas que constituyen el flanco y el fondo. Este es el caso de los vasos cuyos gramajes de cartón para el fondo y para el flanco son diferentes. El depósito de barniz se puede mantener de 8 a 16 g/m2 de extracto seco en la cara interior y de 2 a 6 g/m2 en la cara exterior, pero la densidad del barniz puede ser diferente según el gramaje del cartón. Si las características de estas dos hojas son diferentes en términos de densidad de barniz biodegradable, entonces provienen de dos bobinas 9 diferentes. Según los formatos de vasos, las bobinas de cartón utilizadas para los flancos tienen un grosor comprendido entre 250 y 500 micras y un gramaje comprendido entre 190 y 400 g/m2. Las bobinas de cartón para los fondos tienen un grosor comprendido entre 250 y 370 micras y un gramaje comprendido entre 190 y 300 g/m2 según el formato del vaso. En general, la hoja de cartón del fondo es menos gruesa y dispone de un gramaje más ligero que la hoja de cartón utilizada para el flanco. Según una variante de realización, las características de estas dos hojas son idénticas en términos de gramaje y de grosor. En este caso, las dos hojas que constituyen el fondo y el flanco pueden provenir de la misma bobina.

Después de haber presentado los aparatos y equipos necesarios para la fabricación de un vaso de cartón, se van a explicar a continuación cómo estos cooperan en el marco de un procedimiento de fabricación de dicho vaso. En la figura 2 se ilustra un ejemplo de vaso fabricado según el procedimiento objeto de la presente solicitud.

5.3 Descripción de las etapas del procedimiento de fabricación.

En general, el procedimiento de fabricación incluye al menos las siguientes tres etapas:

- recubrimiento en bobinas,

- impresión de las bobinas recubiertas,

- conformación en vasos de las bobinas previamente recubiertas e impresas.

La sucesión de estas 3 etapas permite la realización de los vasos de cartón utilizando un barniz biodegradable y no polietileno.

Según un ejemplo de realización ilustrado por la fig. 3, el proceso de fabricación de los vasos se puede descomponer en once etapas sucesivas, algunas de los cuales son opcionales y otras están dotadas de realizaciones alternativas. El procedimiento de fabricación descrito a continuación comienza después de la confección de bobinas enrollando una hoja de cartón recubierto con una capa o varias capas de barniz en al menos una cara. Esta hoja de cartón se produce recubriendo por revestimiento en capas de un barniz con ayuda de una máquina de revestimiento en capas con lámina de aire, para garantizar un depósito de 8 a 16 g/m2 de extracto seco de barniz sobre la cara del cartón que mira hacia el interior de los vasos y eventualmente un depósito de 2 a 6 g/m2 de extracto seco de barniz sobre la cara del cartón que mira hacia el exterior. El trabajo de esta hoja de cartón se efectúa en bobinas de grandes anchos. Estas bobinas se imprimen o no en pre-impresión para las destinadas al flanco de los vasos y se dividen en varias capas en anchos menores de diferentes tamaños según se trate del flanco o del fondo en función del formato de los vasos. El barniz biodegradable utilizado permite imprimir con ayuda de una tinta de impresión depositada por técnicas de impresión conocidas tales como: flexo, helio, offset o incluso digital en pre-impresión.

Una primera etapa 3.1 consiste en desenrollar las dos bobinas utilizadas para la realización del flanco y del fondo del vaso, siendo estas dos bobinas preferiblemente de anchos diferentes. Las espiras de cartón superpuestas entre sí alrededor de los ejes de las dos bobinas no deben soldarse ni pegarse, de lo contrario esto tendría el efecto de arrancar o degradar la capa de barniz y por tanto perjudicaría la estanquidad y la calidad de las soldaduras. Un vaso se compone de dos hojas cortadas. Una primera hoja, cuyo ejemplo se presenta en la Fig.4 tiene la forma de una parte de anillo cortada a cada lado por un radio. Esta primera hoja constituye el flanco del vaso. La mayor anchura del flanco, como se muestra en la figura, varía de 170 a 400 mm dependiendo del tamaño del vaso. Una segunda hoja, cuyo ejemplo se presenta en la Fig. 5 es un disco, esta hoja se usa para hacer el fondo del vaso. El diámetro D del disco es menor que el diámetro d del fondo del vaso. El ancho H de la bobina varía de 56 mm a 108 mm según del tamaño del vaso.

Una vez desenrollado el cartón recubierto de barniz, se efectúa el corte (etapa 3.2) en flancos (cono desenrollado en plano) y en fondos (disco). El corte se efectúa mediante las cuchillas presentes en la prensa de corte, el corte es limpio sin ser abrasivo, evitando así la producción de trozos de fibra u otras pelusas en los bordes.

En la etapa 3.3, el cuerpo del vaso se forma enrollando el flanco alrededor de un mandril de forma cónica. Para evitar que el barniz biodegradable se pegue al mandril o simplemente lo obstruya, éste no debe quedar pegajoso ni adhesivo a la temperatura de uso sobre el mandril. Para evitar este fenómeno, es necesario reducir la temperatura de calentamiento del lado del mandril y aumentar el calentamiento externo al mandril para la realización de la soldadura lateral manteniendo el mismo punto de fusión. Después de esta modificación de parámetros, por supuesto, se debe, desde luego, verificar la calidad de la soldadura. Las dimensiones del mandril se determinan de modo que los lados derecho e izquierdo de la hoja de cartón que forma el flanco se superponen en un promedio de 6 a 12 milímetros según los formatos de vaso considerados.

Este solapamiento permite realizar la soldadura lateral (etapa 3.4). La zona de solapamiento se prensa durante un período inferior a un segundo y se calienta con un chorro de aire caliente (300 a 600 °C según las zonas de soldadura). La duración y la temperatura se determinan para no fundir o quemar en su totalidad la capa de barniz. Se considera que la soldadura lateral del vaso es correcta cuando es imposible separar manualmente las 2 partes que han sido ensambladas sin des­ estratificar, desfibrar o incluso rasgar el cartón.

La duración y la temperatura se determinan mediante experimentación. Los primeros ensayos se efectúan a la velocidad de la máquina durante un período inferior a un segundo a una temperatura la más baja de alrededor de 300 °C, el vaso así realizado se controla mediante un procedimiento de control de producción durante el cual conviene ejercer una fuerza sobre cada lado de la soldadura hasta que esta última ceda. Si la soldadura se suelta sin que el cartón se des-estratifique, desfibra o rasgue, no cumple con los requisitos. Conviene entonces aumentar la temperatura para los próximos vasos de ensayo. Esto hasta la obtención de una soldadura correcta sin quemar sin embargo el cartón, lo que imposibilitaría el sellado por calor.

Una vez realizado el cono del vaso, en la etapa 3.5, el disco del fondo se coloca sobre el mandril al nivel del borde circular del cono que tiene el diámetro más pequeño. A continuación, el fondo se enrolla previamente (etapa 3.6) con ayuda de un útil específico. El borde del disco que forma el fondo se dobla para ser aplicado contra la cara interior del cono que forma el cuerpo del vaso.

El borde del disco se presiona contra la superficie interior del flanco sobre una altura de 4 a 13 milímetros según el formato del vaso (caracterizado en particular por el retorno del fondo). Luego, y como muestra la flecha visible en la Fig. 6, la parte inferior del cono se pliega en un ángulo de 180° hacia el interior para aprisionar entre dos capas el borde del disco que forma el fondo del vaso. En la etapa 3.7, se realiza una segunda soldadura presionando fuerte y calentando la parte baja del cono. El cartón se prensa en el curso de una duración inferior a un segundo y se calienta con un chorro de aire caliente (300 a 600 °C según las zonas de soldadura). La duración y la temperatura se determinan para no fundir o quemar completamente la capa de barniz. La soldadura del fondo del vaso es correcta cuando es imposible separar manualmente las 2 partes que se han ensamblado sin des-estratificar, desfibrar o incluso rasgar el cartón.

Ahora se puede realizar el enrollamiento del borde superior (etapa 3.8). El flanco se conforma en la parte superior con un útil específico. La parte alta del flanco es plegada y redondeada con un útil de enrollamiento para darle una forma anular de sección circular, que posteriormente será más confortable para los labios del usuario del vaso. Este enrollamiento, llamado “RIM” (palabra anglosajona que significa “reborde”), tiene lugar en al menos 360° y está ilustrado por la flecha punteada visible en la Fig. 7. El enrollamiento anular del borde superior del vaso permite también formar un reborde grueso sobre el que se engancha una tapa circular fabricada de plástico o de cualquier otro material alimentario. El diámetro señalado como D1 en la Fig. 7 del enrollamiento circular del borde superior del flanco del vaso es definido por el útil de enrollamiento, este diámetro varía generalmente de 2 a 5 milímetros. El enrollamiento se realiza con un ligero calentamiento (de 50 °C a 150 °C) para mantenerse en esta posición durante el enfriamiento.

En la etapa 3.9, el borde superior del vaso es enrollado completamente. Se tiene cuidado durante esta etapa de mantener intacta la soldadura lateral realizada previamente en la etapa 3.4 para mantener una buena estanquidad de los vasos.

La fabricación del vaso recubierto con barniz está ahora terminada y ahora éste es expulsado (etapa 3.10). La expulsión se efectúa por aire comprimido, los vasos pueden ser a continuación encaminados a través de una canalización, tubería al final de la cual se apilan en rampas. Antes del apilamiento, los vasos se enfrían lo suficiente después de la expulsión y a través del canal para evitar que se peguen entre sí o que se deteriore la imagen impresa en el vaso y su aspecto final. La fijación de la imagen se realiza sobre la bobina recubierta de barniz destinada al flanco del vaso. La cara exterior se imprime preferiblemente después de haber sido recubierta con una capa de 8 a 16 g/m2 de extracto seco de barniz.

En la etapa 3.11, los vasos de cartón recubierto con barniz se apilan correctamente unos en otros sin deformar o incluso destruir las soldaduras laterales y el fondo. El acondicionamiento de los vasos tiene en cuenta el hecho de poderlos sacar del apilamiento con facilidad, sin el fenómeno de la electricidad estática nefasta para las máquinas expendedoras automáticas del tipo Vending o de otro tipo. Los embalajes de acondicionamiento de los tubos de vasos están dimensionados para minimizar al máximo la presión ejercida sobre los vasos para hacerlos entrar unos en otros. De esta forma, los vasos pueden sufrir las manipulaciones necesarias para el almacenamiento y transporte sin que se deterioren y asegurando una fácil salida del apilamiento para su uso final.

Según una variante de realización, el vaso acabado se controla mediante un segundo procedimiento de control de producción durante el cual conviene realizar ensayos de fugas. Estos ensayos consisten en llenar un número determinado de vasos con diferentes soluciones químicas más o menos agresivas según el uso final del vaso (refresco, café, helado, etc.) durante un período determinado y con una frecuencia definida por un procedimiento de calidad interno. Si no aparecen fugas, los vasos son conformes, si no conviene afinar los ajustes de la máquina y más particularmente, la duración y la temperatura de las soldaduras.

Según otra variante, el vaso terminado es cubierto por una tapa provista de una boquilla de inyección, y el interior es presurizado por un gas. La ausencia de fugas también se puede validar de esta manera.

La invención no se limita a los modos de realización que se acaban de describir. En particular, los vasos así fabricados se pueden utilizar con cualquier tipo de bebida.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de fabricación de un vaso biodegradable y compostable doméstico destinado a contener bebidas alimentarias calientes y frías a partir de al menos una hoja de cartón virgen, que incluye una etapa de corte (3.2) de al menos una hoja de cartón recubierta para formar un flanco y un fondo, y una etapa de ensamblaje (3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 ) mediante sellado por calor de las hojas así cortadas para formar el vaso; caracterizado por que dicha al menos una hoja de cartón es recubierta al menos en el lado interior del vaso con una capa de barniz biodegradable y compostable en fase acuosa según una técnica de recubrimiento por revestimiento que incluye una etapa de aplicación de la hoja de cartón virgen contra al menos un cilindro (3) de burbujear, sumergiendo cada uno en una cubeta (4) que contiene dicho barniz, poseyendo dicho barniz biodegradable y compostable capacidades de sellado por calor para soldar entre si las hojas así cortadas, una etapa de paso de la hoja de cartón así recubierta por delante de un generador de lámina (5) de aire para garantizar un grosor uniforme de la capa de barniz en toda la superficie del cartón y una etapa ulterior de secado de la hoja así impregnada delante de un puesto (6) de secado, siendo el depósito de extracto seco de barniz biodegradable y compostable de 8 a 16 gramos por m2 sobre la cara de cartón destinada al interior de los vasos.

2. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1, caracterizado por que la etapa de recubrimiento incluye también la siguiente etapa:

- paso de la hoja de cartón recubierto sobre una calandria (7) de refrigeración.

3. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 2, caracterizado por que la hoja de cartón virgen se aplica contra una sucesión de varios cilindros que se sumergen en cubetas (4) que contienen diferentes densidades de barniz según el depósito a realizar, teniendo las primeras cubetas situadas en contacto con el cartón una dilución más importante que las siguientes cubetas para una aplicación en varias capas sobre una misma cara.

4. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la etapa de corte incluye dos sub-etapas consistentes, una para cortar al flanco a partir de una primera hoja de cartón previamente recubierto, y la otra para cortar el fondo a partir de una segunda hoja de cartón previamente recubierto.

5. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 4, caracterizado por que el cartón del fondo es menos grueso y tiene un gramaje más ligero que el cartón utilizado para el flanco.

6. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la etapa de corte comprende una sub-etapa consistente, en cortar el flanco y el fondo a partir de la misma hoja de cartón previamente recubierto.

7. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el depósito de extracto seco de barniz biodegradable es de 2 a 6 gramos por m2 sobre la cara de cartón destinada al exterior de los vasos.

8. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa de recubrimiento con barniz biodegradable incluye una etapa de regulación de la densidad del barniz utilizando uno al menos de los medios tomados del siguiente listado: “una rasqueta que pasa sobre la hoja de cartón, una lámina de aire, una barra de Meyer”.

9. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que incluye una etapa de ensayo que consiste en ejercer una fuerza a cada lado de la soldadura que une los costados laterales sellados por calor del flanco o de la soldadura que une el flanco al fondo, hasta que ésta ceda, aumentando la temperatura para los siguientes ensayos si la soldadura se suelta sin que el cartón se des-estratifique, desfibre o rasgue.

10. Procedimiento de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que incluye una etapa de impresión de un elemento gráfico en la cara exterior del flanco del vaso así formado, interviniendo dicha etapa tras una etapa de recubrimiento de dicha cara con una capa de 2 a 6 gramos/m2 de extracto seco de barniz.