ES2928142T3

ES2928142T3 - Material de envasado comestible sellable que comprende celulosa microfibrilada y productos preparados a partir del mismo

Info

Publication number: ES2928142T3
Application number: ES18781686T
Authority: ES
Inventors: Kaj Backfolk; Isto Heiskanen; Esa Saukkonen; Jukka Kankkunen; Ville Ribu; Kimmo Nevalainen
Original assignee: Stora Enso Oyj
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: SE1750411A1; EP3607139B1; US20200171796A1; EP3607139A4; PT3607139T; US11999132B2; CN110431268A; PL3607139T3; EP3607139A1; WO2018185611A1

Abstract

La presente invención está dirigida a un material de envasado que comprende una capa de celulosa microfibrilada (MFC) y una capa de aluminio que tiene un espesor de 0,1-20 μm, en el que la capa que comprende MFC y/o la capa de aluminio ha sido laminada o recubierta por extrusión en al menos un lado con un polímero termoplástico y en el que la cantidad de aluminio es suficiente para hacer que el material de envasado se pueda sellar por calor por inducción. La capa de MFC contiene al menos un 60% en peso de celulosa microfibrilada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Material de envasado comestible sellable que comprende celulosa microfibrilada y productos preparados a partir del mismo

Campo técnico

La presente invención está dirigida a un material de envasado que comprende una capa de celulosa microfibrilada (MFC) y una capa de aluminio que tiene un grosor de 0,1-20 |jm, en donde la capa que comprende MFC y/o la capa de aluminio han sido laminadas o recubiertas por extrusión en al menos un lado con un polímero termoplástico y en donde la cantidad de aluminio es suficiente para que la lámina sea termosellable por inducción. La capa de MFC contiene al menos un 60 % en peso de celulosa microfibrilada.

Estado de la técnica anterior

Es necesario que los envases utilizados para objetos sensibles, tales como bebidas líquidas, tengan suficientes propiedades de barrera. Típicamente, se utiliza aluminio para estos propósitos y generalmente proporciona suficientes propiedades con respecto a la penetración de un gas, tal como el oxígeno. La capa de aluminio también es una barrera aromática y desempeña una función importante en el termosellado.

Comúnmente, se utiliza la inducción como un medio para termosellar envases. Este se basa en la presencia de una cantidad suficiente de material conductor para conseguir las propiedades termosellables.

Un problema con la utilización de aluminio es que plantea un desafío ambiental y sería deseable reemplazar el aluminio por materiales renovables. Sin embargo, es esencial mantener las propiedades de barrera del material en la medida en la que vaya a utilizarse en envases para, por ejemplo, líquidos y también es importante que el material sea suficientemente resistente a la rotura.

Sumario de la invención

Se ha descubierto sorprendentemente que utilizando una capa de celulosa microfibrilada (MFC) y una capa de aluminio y en donde la capa que comprende MFC y/o la capa de aluminio ha sido laminada o recubierta por extrusión en al menos un lado con un polímero termoplástico, es posible conseguir un material de envasado adecuado para termosellado utilizando inducción incluso con una cantidad muy pequeña de aluminio. Sorprendentemente, el material de envasado que comprende MFC proporciona propiedades de barrera suficientes incluso a alta humedad.

Por lo tanto, la presente invención está dirigida a un material de envasado que comprende una capa de MFC y una capa de aluminio que tiene un grosor de 0,1-20 jm, en donde la capa que comprende MFC y/o la capa de aluminio han sido laminadas o recubiertas por extrusión en al menos un lado con al menos 5 g/m2 de un polímero termoplástico y en donde la cantidad de aluminio es suficiente para que la lámina sea termosellable por inducción y en donde el gramaje de la capa que comprende celulosa microfibrilada es 10-50 gsm.

En una realización, se ha laminado un polímero termoplástico en ambos lados de la capa de MFC.

La capa de aluminio utilizada según la presente invención es continua. El grosor de la capa de aluminio es 0,1 20 jm, tal como 0,2-15 jm o 0,3-10 jm o 0,6-10 jm o 0,5-3,5 jm, tal como 1-3 jm, tal como 1,2-28 jm. En una realización de la presente invención, la cantidad de aluminio está en el intervalo de 1 g a 30 g por m2 de material de envasado terminado, tal como de 3 g a 10 g por m2 de material de envasado terminado. El grosor de la capa de aluminio puede terminarse por medio de métodos conocidos en la técnica, tal como midiendo la densidad óptica. En una realización de la presente invención, la tasa de transmisión de oxígeno (OTR, del inglés oxygen transmission rate) de la capa de MFC es menos de 20 cc/m2*día, preferiblemente menos de 15 cc/m2*día medido en condiciones estándar (HR del 50 %, 23 °C), a un gramaje de 10-50 gsm. La OTR puede determinarse utilizando métodos conocidos en la técnica.

En una realización de la presente invención, la tasa de transmisión de oxígeno (OTR) del material de envasado según la presente invención, es decir, el producto final que va a utilizarse en un envase, es menos de 5 cc/m2*día, preferiblemente menos de 3 cc/m2*día o menos de 1,5 cc/m2*día medido en condiciones estándar (HR del 50 %, 23 °C). La OTR puede determinarse utilizando métodos conocidos en la técnica.

El material de envasado según la presente invención puede someterse a impresión a través de un proceso de impresión rollo a rollo o rollo a hoja o alimentado por hojas, pero también puede ser sometido a un tratamiento superficial fuera de línea con otras tecnologías, tales como flexograbado, huecograbado, huecograbado inverso, serigrafía, impresión por chorro de tinta, impresión offset (litografía), pulverización, cortina, espuma u otras técnicas de impresión o técnicas de tratamiento superficial.

Dependiendo de la cantidad de aluminio utilizada, el material de envasado según la presente invención puede ser biodegradable y/o compostable. En este contexto, la compostabilidad se define según la norma ISO 18606, es decir, no es necesario demostrar la biodegradabilidad de los constituyentes en el material completo que están presentes a concentraciones de menos del 1 %. Sin embargo, la suma de tales constituyentes no debe exceder el 5 %. La biodegradabilidad se define de la siguiente manera: la biodegradabilidad aeróbica final se determinará para todo el material o para cada constituyente orgánico presente en el material en una concentración de más del 1 % (en masa seca). Los constituyentes presentes a niveles entre el 1 y el 10 % se someterán a ensayo individualmente.

Descripción detallada

La celulosa microfibrilada utilizada según la presente invención puede prepararse utilizando métodos conocidos en la técnica.

En una realización de la presente invención, la capa de MFC se forma en una máquina de fabricación de papel o de acuerdo con un método de producción por vía húmeda, proporcionando una suspensión sobre un cable y deshidratando la red para formar un sustrato fino intermedio o dicha película. Se proporciona una suspensión que comprende celulosa microfibrilada para formar dicha película.

En una realización de la presente invención, la capa de MFC utilizada según la presente invención puede prepararse de acuerdo con cualquiera de los procesos conocidos descritos en la técnica, tales como métodos de vía húmeda, impresión, extrusión, laminación, etc.

En el contexto de la solicitud de patente, celulosa microfibrilada (MFC) significará una fibra o fibrilla de partículas de celulosa a escala nanométrica con al menos una dimensión inferior a 100 nm. La MFC comprende fibras de lignocelulosa o celulosa parcial o totalmente fibriladas. Las fibrillas liberadas tienen un diámetro de menos de 100 nm, mientras que el diámetro de fibrilla real o la distribución del tamaño de partícula y/o la relación de aspecto (longitud/anchura) dependen de la fuente y los métodos de fabricación.

La fibrilla más pequeña se llama fibrilla elemental y tiene un diámetro de aproximadamente 2 a 4 nm (véase, por ejemplo, Chinga-Carrasco, G., Cellulose fibres, nanofibrils and microfibrils: The morphological sequence of MFC components from a plant physiology and fibre technology point of view, Nanoscale research letters 2011, 6:417), mientras que es común que la forma agregada de las fibrillas elementales, también definidas como microfibrillas (Fengel, D., Ultrastructural behavior of cell wall polysaccharides, Tappi J., marzo 1970, Vol. 53, N.° 3.), es el producto principal que se obtiene cuando se fabrica MFC, por ejemplo, utilizando un proceso de refinación extendido o un proceso de desintegración por caída de presión. Dependiendo de la fuente y el proceso de fabricación, la longitud de las fibrillas puede variar de aproximadamente 1 a más de 10 micrómetros. Una MFC de calidad basta puede contener una fracción sustancial de fibras fibriladas, es decir, fibrillas que sobresalen de la traqueida (fibra de celulosa) y con una cierta cantidad de fibrillas liberadas de la traqueida (fibra de celulosa).

Existen diferentes acrónimos para la MFC, tales como microfibrillas de celulosa, celulosa fibrilada, celulosa nanofibrilada, agregados de fibrillas, fibrillas de celulosa de escala nanométrica, nanofibras de celulosa, nanofibrillas de celulosa, microfibrillas de celulosa, fibrillas de celulosa, celulosa microfibrilar, agregados de microfibrillas y agregados de microfibrillas de celulosa. La MFC también puede caracterizarse por diversas propiedades físicas o fisicoquímicas, tales como una gran área superficial o su capacidad de formar un material parecido a un gel con un bajo contenido de sólidos (1-5 % en peso) cuando se dispersan en agua. Preferiblemente, la fibra de celulosa se fibrila hasta tal punto que el área superficial específica final de la MFC formada es de aproximadamente 1 a aproximadamente 300 m2/g, tal como de 1 a 200 m2/g o más preferiblemente de 50 a 200 m2/g cuando se determina para un material criodesecado con el método de BET.

Existen diversos métodos para fabricar MFC, tales como refinado de un solo paso o de múltiples pasos, prehidrólisis seguida de refinado o desintegración de alta cizalladura o liberación de fibrillas. Normalmente, se necesitan una o varias etapas de pretratamiento para hacer el proceso de fabricación de MFC tanto eficiente energéticamente como sostenible. Por tanto, las fibras de celulosa de la pulpa que va a suministrarse pueden pretratarse enzimática o químicamente, por ejemplo, para reducir de cantidad de hemicelulosa o lignina. Las fibras de celulosa pueden modificarse químicamente antes de la fibrilación, en donde las moléculas de celulosa contienen grupos funcionales distintos (o adicionales) a los que se encuentran en la celulosa original. Tales grupos incluyen, entre otros, grupos carboximetilo (CM), aldehído y/o carboxilo (celulosa obtenida por oxidación mediada por N-oxilo, por ejemplo "TEMPO") o amonio cuaternario (celulosa catiónica). Después de desintegrarse u oxidarse en uno de los métodos descritos anteriormente, es más fácil desintegrar las fibras en MFC o fibrillas de tamaño nanofibrilar.

La celulosa nanofibrilar puede contener algunas hemicelulosas; la cantidad depende de la fuente de la planta. La desintegración mecánica de las fibras pretratadas, por ejemplo material de partida de celulosa hidrolizado, prehinchado u oxidado, se realiza con un equipo adecuado tal como un refinador, molinillo, homogeneizador, colisionador, trituradora de fricción, sonicador ultrasónico, un fluidificador, tal como un microfluidizador, un macrofruidizador o un homogeneizador de tipo fluidizador. Dependiendo del método de fabricación de la MFC, el producto también puede contener materiales finos o celulosa nanocristalina o, por ejemplo, otros productos químicos presentes en las fibras de madera o en el proceso de fabricación de papel. El producto también puede contener diversas cantidades de partículas de fibra de tamaño micrométrico que no se han fibrilado de manera eficiente. La MFC se produce a partir de fibras de celulosa de madera, fibras tanto de madera dura como de madera blanda. También puede fabricarse a partir de fuentes microbianas, fibras agrícolas, tales como pulpa de paja de trigo, bambú, bagazo u otras fuentes de fibra no procedentes de la madera. Se fabrica preferiblemente a partir de pulpa que incluye pulpa de fibra virgen, por ejemplo, pulpas mecánicas, químicas y/o termomecánicas. También puede hacerse a partir de papel roto o reciclado.

La definición descrita anteriormente de MFC incluye, pero no se limita a, el nuevo estándar TAPPI W13021 propuesto sobre nanofibrillas de celulosa (CNF) que define un material de nanofibra de celulosa que contiene múltiples fibrillas elementales con regiones tanto cristalinas como amorfas.

De acuerdo con otra realización, la suspensión puede comprender una mezcla de diferentes tipos de fibras, tales como celulosa microfibrilada y una cantidad de otros tipos de fibra, tales como fibras kraft, finas, fibras de refuerzo, fibras sintéticas, pulpa para disolver, TMP o CTMP, PGW, etc.

La suspensión también puede comprender otros procesos o aditivos funcionales, tales como cargas, pigmentos, productos químicos resistentes a la humedad, productos químicos de resistencia en seco, productos químicos de retención, reticuladores, suavizantes o plastificantes, imprimaciones de adhesión, agentes humectantes, biocidas, colorantes ópticos, agentes blanqueantes fluorescentes, productos químicos antiespumantes, productos químicos hidrofugantes, tales como AKD, ASA, ceras, resinas, etc. Los aditivos también pueden añadirse utilizando una prensa de encolado.

Existen varios métodos para preparar una película de MFC, incluyendo la formación de alambre o la formación de moldes. En la formación de alambres, se deshidrata una suspensión que comprende celulosa microfibrilada sobre una superficie porosa para formar una tela fibrosa. Una superficie porosa adecuada es, por ejemplo, alambre en una máquina papelera. Después, la tela fibrosa se seca en una sección de secado en una máquina papelera para formar la película de MFC, en donde la película tiene un primer lado y un segundo lado. La máquina de fabricación de papel que puede utilizarse en el proceso según la presente invención puede ser cualquier tipo de máquina conocida para la persona experta, utilizada para la producción de papel, cartón, tejido o productos similares, como alternativa, por ejemplo, una máquina de fabricación de papel modificada o no convencional.

La materia prima se coloca sobre el alambre y después se forma una tela, que puede deshidratarse para formar una película o sustrato fino intermedio.

En la formación de molde, la suspensión, que comprende MFC, se aplica sobre un medio de soporte con una superficie no porosa. La superficie no porosa es, por ejemplo, una correa de plástico o de metal sobre la que se distribuye uniformemente la suspensión y la película de MFC se forma durante el secado. Después, la película de MFC se despega del medio de soporte para formar una película independiente, en donde la película tiene un primer lado y un segundo lado.

De acuerdo con la presente invención, la capa de MFC y/o la capa de aluminio se lamina o se recubre por extrusión o se recubre por dispersión con un polímero termoplástico. Típicamente, la película termoplástica tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) de 70 °C a 200 °C. En una realización de la presente invención, el polímero termoplástico se selecciona de entre polietileno (PE), polipropileno (PP), polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de baja densidad lineal (LLDPE), ácido poliláctico (PLA), ácido poliglicólico (PGA), etileno acetato de vinilo (EVA), alcohol etilienvinílico (EVOH), poliamida (PA), ionómeros (por ejemplo, Surlyn) o combinaciones de los mismos. Típicamente, la película termoplástica está presente a al menos 5 g/m2, tal como al menos a 15 g/m2, tal como al menos a 20 g/m2 o al menos a 30 g/m2.

En una realización de la presente invención, la capa de MFC se lamina con el polímero termoplástico. La laminación puede realizarse utilizando métodos conocidos en la técnica.

La cantidad de aluminio en la capa de aluminio según la presente invención es tal que es suficiente para hacer termosellable el material de envasado utilizando inducción. El termosellado puede realizarse utilizando métodos y equipos conocidos en la técnica.

Una lámina de envasado de líquidos final que comprende el material de envasado según la presente invención puede comprender varias capas. En una realización, el producto tiene la siguiente estructura: La PE/lámina/AI/MFC/PE, es decir, las capas, son las siguientes: una capa de polietileno (PE), una capa de un material de lámina convencional, una capa de aluminio, una capa de celulosa microfibrilada MFC y una capa de PE. En una realización, el producto tiene la siguiente estructura: La PE/lámina/PE/MFC/AI/PE, es decir, las capas, son las siguientes: una capa de polietileno (PE), una capa de un material de lámina convencional, una capa de polietileno (PE), una capa de celulosa microfibrilada MFC, una capa de aluminio y una capa de PE. Un experto en la materia reconocería que hay otras estructuras posibles. El gramaje de una estructura como se ha descrito anteriormente está típicamente en el intervalo de 180 a 500 g/m2

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un material de envasado que comprende una capa que consiste en al menos un 60 % en peso de celulosa microfibrilada y una capa de aluminio que tiene un grosor de 0,1 a 20 mm, en donde la capa que comprende celulosa microfibrilada está laminada o recubierta por extrusión con al menos 5 g/m2 de un polímero termoplástico y en donde la cantidad de aluminio es suficiente para hacer que el material de envasado sea termosellable por inducción y en donde el gramaje de la capa que comprende celulosa microfibrilada es 10-50 gsm.

2. El material, según la reivindicación 1, en donde dicha capa que comprende celulosa microfibrilada se ha laminado con un polímero termoplástico.

3. El material, según la reivindicación 2, en donde dicho polímero termoplástico es polietileno.

4. El material, según la reivindicación 1, en donde dicha capa que comprende celulosa microfibrilada se ha recubierto por extrusión con un polímero termoplástico.

5. El material, según la reivindicación 4, en donde dicho polímero termoplástico es polietileno.

6. El material, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la cantidad de aluminio está en el intervalo de 1 g a 30 g por m2 de material de envasado terminado, tal como de 3 g a 10 g por m2 de material de envasado terminado.