ES2932264T3 - Estructura de revestimiento, producto similar a una hoja y su uso - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a una estructura de revestimiento para un sustrato en forma de lámina que comprende fibras lignocelulósicas. La estructura comprende al menos una capa de prerrevestimiento, que comprende (a) al menos el 70% en peso de un primer copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador, y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg <= 20 °C, preferentemente <= 10 °C, (b) <= 30 % en peso de partículas minerales laminares inorgánicas, como caolín o talco, y (c) 0,01 - 2 % en peso de al menos un primer espesante. La estructura de revestimiento comprende además una capa de revestimiento superior, que comprende (a) al menos un 50 % en peso de un segundo copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador, y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg <= 20 °C, preferiblemente <= 10 °C, (b) <= 30% en peso de partículas minerales inorgánicas, (c) 0. 01 - 5% en peso de al menos un segundo espesante, y (d) 0,5 - 30% en peso de un agente antibloqueo. La invención se refiere además a un producto en forma de lámina que comprende revestido con una estructura de revestimiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Estructura de revestimiento, producto similar a una hoja y su uso
La presente invención se refiere a una estructura de revestimiento, un producto similar a una hoja y su uso según los preámbulos de las reivindicaciones independientes adjuntas.
Se pueden aplicar diversos revestimientos sobre la superficie del papel o cartón para mejorar sus propiedades. Las propiedades de barrera contra la grasa y contra el vapor de agua son particularmente importantes para el papel y el cartón que se utilizan para productos con fines de envasado. El revestimiento aplicado a la superficie del papel o cartón debería proporcionar una barrera eficaz contra las fugas de los productos del interior del envase y/o proteger los productos envasados de la contaminación y/o el contacto con la atmósfera circundante. Para los materiales de envasado utilizados para productos alimenticios y líquidos consumibles, los requisitos de barrera son especialmente estrictos.
Los revestimientos para fines de envasado también deben tener una buena resistencia al plegado y doblado. El revestimiento no debe agrietarse cuando el papel o cartón se dobla en una caja o se envuelve alrededor del producto. El agrietamiento puede disminuir o incluso destruir por completo las propiedades de barrera del revestimiento.
Además, los revestimientos de papel y cartón deben ser resistentes al bloqueo durante los procesos de fabricación y conversión del producto. Si la capa de revestimiento se ablanda a alta presión y alta temperatura, puede adherirse después de rebobinarse a la siguiente capa en el carrete y bloquear todo el carrete cuando se enfríe. Durante el proceso de conversión, el revestimiento debe tener propiedades de fricción adecuadas para que funcione sin problemas en el proceso. El revestimiento también debe tener propiedades de adherencia apropiadas, que determinan la velocidad y la fuerza de una unión generada por la aplicación de un adhesivo a la superficie del revestimiento, para poder usarse en líneas de envasado de alta velocidad.
Otro aspecto que debe satisfacerse es la reciclabilidad del envase. Esto significa que, los envases de papel y cartón, idealmente se recogen después del consumo de los productos envasados para su reciclaje, es decir, un nuevo batido de la pasta papelera. En este caso, el revestimiento también debe satisfacer los requisitos de reciclaje y, por ejemplo, no debe perturbar el proceso de batir de nuevo la pasta papelera. Las películas plásticas tradicionales laminadas sobre la superficie de papel o cartón no son necesariamente fácilmente susceptibles de experimentar un nuevo batido de la pasta papelera. Por lo tanto, los productos de papel y cartón laminados a menudo terminan como desperdicio de energía, lo que no es económico en vista de los recursos.
El documento WO2014/006269A1 se refiere a un envase para alimentos. Además, el documento se refiere a un material interior para un envase para alimentos. El documento presenta un envase para alimentos que comprende un envase exterior para alimentos y un envase interior, en donde el envase interior está situado dentro del envase exterior. El envase interior comprende material de envasado interno.
El documento WO2014/005697A2 se refiere a un material laminar susceptible de experimentar un nuevo batido de la pasta papelera y reciclable, y a un recipiente a base de material celulósico para productos alimenticios que contienen agua formado por material laminar reciclable. El documento describe un cartón que está revestido con un revestimiento de barrera contra el agua a base de polímero.
Un objeto de esta invención es minimizar o posiblemente incluso eliminar las desventajas existentes en la técnica anterior.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una estructura de revestimiento y un producto similar a una hoja que proporcione buenas propiedades de barrera contra la grasa y el vapor de agua.
Un objeto de la presente invención es proporcionar una estructura de revestimiento que resista el agrietamiento cuando se pliega y/o dobla.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una estructura de revestimiento que sea adecuada para revestir a altas velocidades de revestimiento y que tenga buena operabilidad.
Estos objetos se logran con la invención que tiene las características que se presentan a continuación en las partes caracterizantes de las reivindicaciones independientes. Algunas realizaciones preferidas de la invención se presentan en las reivindicaciones dependientes.
Las realizaciones mencionadas en este texto se refieren, en su caso, a todos los aspectos de la invención, incluso si esto no siempre se menciona por separado.
La estructura de revestimiento típica según la presente invención para un sustrato similar a una hoja que comprende fibras lignocelulósicas comprende
- al menos una capa de revestimiento preliminar, que comprende
(a) al menos 70% en peso de un primer copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg < 20°C, preferiblemente < 10°C,
(b) < 30% en peso de partículas minerales laminares inorgánicas, tales como caolín o talco, y
(c) 0,01 -2% en peso de al menos un primer espesante; y
- una capa de acabado, que comprende
(a) al menos 50% en peso de un segundo copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg < 20°C, preferiblemente < 10°C,
(b) < 30% en peso de partículas minerales inorgánicas,
(c) 0,01-5% en peso de al menos un segundo espesante, y
(d) 0,5-30% en peso de agente antibloqueo.
El producto similar a una hoja típico según la presente invención comprende
- un sustrato que comprende fibras lignocelulósicas, y que tiene una primera y una segunda grandes superficies paralelas, y
- una estructura de revestimiento según la presente invención aplicada sobre al menos una de las grandes superficies del sustrato.
Ahora se ha descubierto sorprendentemente que la estructura de revestimiento según la invención que comprende una capa de revestimiento preliminar bien definida y una capa de acabado bien definida proporciona una buena resistencia al agrietamiento, incluso cuando el sustrato revestido con la estructura de revestimiento se somete a plegado durante la fabricación del envase. La estructura del revestimiento también proporciona buenas barreras contra la grasa y/o la humedad. Además, la superficie de la estructura de revestimiento no se adhiere a superficies de estructuras de revestimiento adyacentes cuando el producto se enrolla en un rollo o se apila en forma de hojas. La estructura de revestimiento según la presente invención proporciona, entre otras cosas, propiedades óptimas para el envasado y otros fines similares.
En el presente contexto, todos los valores de porcentaje en peso dados para los diversos componentes en las capas de revestimiento y la composición de revestimiento se calculan a partir del contenido total de sólidos secos de la capa o composición de revestimiento.
La estructura de revestimiento según la presente invención comprende al menos una capa de revestimiento preliminar y una capa de acabado. La capa de revestimiento preliminar se aplica sobre la superficie de un sustrato similar a una hoja que comprende fibras lignocelulósicas. En algunas realizaciones, la superficie de la estructura similar a una hoja puede tener un apresto en superficie, p. ej., con un apresto de superficie hidrófobo, antes de la aplicación de la capa de revestimiento preliminar, pero preferiblemente la capa de revestimiento preliminar se aplica directamente sobre la superficie de un sustrato similar a una hoja que está libre de cualquier capa de tratamiento preexistente. El sustrato puede comprender un apresto interno.
Según una realización de la invención, la estructura de revestimiento puede comprender dos o más capas de revestimiento preliminar y una capa de acabado, que se aplica sobre la capa de revestimiento preliminar más exterior. Las capas de revestimiento preliminar individuales pueden ser diferentes entre sí o idénticas entre sí. Mediante el uso de una pluralidad de capas de revestimiento preliminar es posible adaptar las propiedades de barrera de la estructura de revestimiento mediante el uso de diferentes capas de revestimiento preliminar y/o el uso de capas de revestimiento preliminar individuales más ligeras.
Según una realización, la estructura de revestimiento consiste en una o más capas de revestimiento preliminar y al menos una capa de acabado, preferiblemente una capa de acabado, en la que la capa de revestimiento preliminar o la capa de revestimiento preliminar más externa y la capa de acabado están en contacto inmediato entre sí. Esto significa que no hay otras capas entre la capa de revestimiento preliminar y la capa de acabado. La capa de revestimiento preliminar más exterior indica la capa de revestimiento preliminar que está más alejada del sustrato, cuando la estructura de revestimiento comprende más de una capa de revestimiento preliminar.
La capa de revestimiento preliminar comprende al menos 70% en peso de un primer copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg < 20°C, preferiblemente < 10°C. Según una realización de la invención, la capa de revestimiento preliminar puede comprender 70-99% en peso, preferiblemente 70-95% en peso, más preferiblemente 73-90% en peso, del primer copolímero de (met)acrilato de estireno. La capa de acabado comprende al menos 50% en peso de un segundo copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg < 20°C, preferiblemente < 10°C. Según una realización de la invención, la capa de acabado puede comprender 50-99% en peso, preferiblemente 60-95% en peso, más preferiblemente 63-85% en peso, del segundo copolímero de (met)acrilato de estireno.
El primer y/o segundo copolímero de (met)acrilato de estireno puede obtenerse por copolimerización en emulsión de radicales libres de al menos el monómero (a), un monómero (b) y un monómero opcional (c) en presencia de un estabilizador, donde el monómero (a) es al menos un estireno opcionalmente sustituido y el monómero (b) es al menos un (met)acrilato de alquilo C1-C4.
Según una realización preferible, el monómero (a) del primer y/o segundo copolímero de (met)acrilato de estireno se selecciona del grupo que comprende estireno, estirenos sustituidos, tales como a-metilestireno, viniltolueno, etilviniltolueno, clorometilestireno y cualquier mezcla de los mismos. La cantidad de monómero (a) puede ser 0,1-75% en peso, preferiblemente 5-60% en peso, más preferiblemente 10-55% en peso, calculado a partir del contenido total de sólidos secos de los monómeros (a), (b) y opcional (c).
El monómero (b) adecuado del primer y/o segundo copolímero de (met)acrilato de estireno se puede seleccionar del grupo que consiste en acrilatos de alquilo C1-C4; metacrilatos de alquilo C1-C4; o sus mezclas, p. ej., acrilato de nbutilo, iso-butilo, terc-butilo o 2-butilo y los metacrilatos de butilo correspondientes; acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de etilo, acrilato de propilo o metacrilato de propilo. Según una realización preferida de la invención, el monómero (b) se selecciona de (met)acrilatos de butilo. Puede comprender, por ejemplo, una mezcla de al menos dos acrilatos de butilo isoméricos. Más preferiblemente, el componente monomérico (b) es acrilato de n-butilo, acrilato de terc-butilo o una mezcla de acrilato de n-butilo y acrilato de terc-butilo. La cantidad de monómero (b) puede ser 25-99,9% en peso, preferiblemente 30-95% en peso, más preferiblemente 35-90% en peso, calculado a partir del contenido total de sólidos secos de los monómeros (a), (b) y opcional (c).
Según una realización, el primero y/o segundo copolímeros de (met)acrilato de estireno se originan también a partir de al menos un monómero (c), que es etilénicamente insaturado y diferente de los monómeros (a) y (b). Preferiblemente, el primer y/o segundo copolímero de (met)acrilato de estireno son copolímeros carboxilados, preferiblemente obtenidos por polimerización de los monómeros (a) y (b) descritos anteriormente con el monómero (c) , que se selecciona de ácido carboxílico, tal como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, ácido maleico o ácido estirenosulfónico. Se prefieren ácido acrílico y ácido estirenosulfónico. La cantidad del monómero opcional (c) puede ser 0,1-15% en peso, preferiblemente 0,1-10% en peso, más preferiblemente 1-5% en peso, calculada a partir del contenido total de sólidos secos de los monómeros (a), (b) y (c). Más preferiblemente, tanto el primero como el segundo copolímero de (met)acrilato de estireno son copolímeros carboxilados, obtenidos preferiblemente por polimerización de una mezcla de monómeros que comprende 1-5% en peso de ácido carboxílico.
Según una realización de la invención, el primer y segundo copolímeros de (met)acrilato de estireno se polimerizan en presencia de un estabilizador, que se selecciona del grupo que comprende almidón degradado y alcohol polivinílico, preferiblemente almidón degradado que tiene un peso molecular promedio Mn de 500 a 10000. El almidón degradado se puede obtener sometiendo el almidón a degradación oxidativa, térmica, ácida, hidrolítica o enzimática. Actualmente se prefiere la degradación oxidativa. Como agentes oxidantes se pueden utilizar hipoclorito, peroxodisulfato, peróxido de hidrógeno o sus mezclas. El almidón degradado, que se usa en la presente invención, puede ser cualquier almidón natural degradado adecuado, tal como almidón de patata, arroz, maíz, maíz ceroso, trigo, cebada o tapioca. Son ventajosos los almidones que tienen un contenido de amilopectina > 80%, preferiblemente > 95%.
La polimerización del primer y segundo copolímero de (met)acrilato de estireno puede llevarse a cabo mediante la adición de los monómeros definidos anteriormente, ya sea individualmente o como una mezcla, y los iniciadores de radicales libres adecuados para iniciar la polimerización, a la solución estabilizadora acuosa. El proceso de polimerización normalmente se lleva a cabo en ausencia de oxígeno, preferiblemente en una atmósfera de gas inerte, por ejemplo bajo nitrógeno. Según una realización de la invención, la cantidad total de monómeros en la mezcla de reacción es 10-92% en peso, preferiblemente 20-90% en peso, más preferiblemente 35-88% en peso, calculado a partir del contenido total de sólidos secos de la mezcla de reacción. La cantidad de monómeros se refiere aquí a la cantidad total de monómeros (a), (b) y opcional (c), que se añaden a la mezcla de reacción durante el proceso de polimerización.
Según una realización preferida de la invención, el primer copolímero de (met)acrilato de estireno utilizado en la capa de revestimiento preliminar y el segundo copolímero de (met)acrilato de estireno utilizado en la capa de acabado son idénticos entre sí.
El primer y/o segundo copolímero de (met)acrilato de estireno puede tener una temperatura de transición vítrea en el intervalo de -40-+20°C, preferiblemente -20-+10°C, más preferiblemente -10-+10°C. Los intervalos de temperatura de transición vítrea proporcionan copolímeros que muestran las propiedades de barrera requeridas pero que son lo suficientemente suaves para resistir el agrietamiento cuando el sustrato se pliega o se pliega en un envase.
La capa de revestimiento preliminar comprende preferiblemente partículas minerales laminares inorgánicas. En el presente contexto, se entiende preferiblemente por mineral laminar un mineral inorgánico, cuyas partículas tienen un factor de forma >10. Ejemplos típicos de partículas minerales laminares inorgánicas son el caolín, el talco y cualquiera de sus mezclas. Las partículas minerales laminares en la capa de revestimiento preliminar y la capa de acabado pueden ser iguales o diferentes, preferiblemente las partículas minerales laminares en la capa de revestimiento preliminar y la capa de acabado son las mismas. Se prefieren las partículas minerales laminares ya que proporcionan propiedades de barrera mejoradas para la estructura del revestimiento. Típicamente, la capa de revestimiento preliminar comprende < 30% en peso de partículas minerales laminares inorgánicas. Según una realización, la capa de revestimiento preliminar puede comprender 0,1-30% en peso, preferiblemente 5-25% en peso, más preferiblemente 10-20% en peso de partículas minerales laminares inorgánicas. Preferiblemente, la cantidad de partículas minerales inorgánicas es tan alta como sea posible, ya que proporciona no solo excelentes propiedades de barrera sino también ahorro de costes.
La capa de acabado comprende partículas minerales inorgánicas, tales como partículas de minerales laminares, partículas de sílice porosa, partículas de caolín, partículas de carbonato de calcio molido, partículas de carbonato de calcio precipitado o cualquier mezcla de estas. La capa de acabado preferiblemente comprende partículas minerales inorgánicas que mejoran las propiedades antiadherentes de la capa de acabado. Preferiblemente, las partículas minerales inorgánicas en la capa de acabado se seleccionan de partículas minerales laminares como se ha descrito anteriormente o de partículas porosas de sílice o caolín. Típicamente, la capa de acabado comprende < 30% en peso, preferiblemente < 20% en peso de partículas minerales inorgánicas. La capa de acabado puede comprender 0,1-30% en peso, preferiblemente 5-25% en peso, más preferiblemente 5-20% en peso de partículas minerales inorgánicas, preferiblemente partículas minerales laminares inorgánicas.
Las partículas minerales inorgánicas en la(s) capa(s) de revestimiento preliminar y la capa de acabado pueden ser iguales o diferentes.
La capa de revestimiento preliminar comprende al menos un primer espesante y la capa de acabado comprende al menos un segundo espesante. El primer y/o el segundo espesantes pueden seleccionarse del grupo que comprende espesantes sintéticos activados por pH, tales como espesantes de emulsión soluble/hinchable en álcali (ASE), espesantes de emulsión soluble en álcali modificada hidrófobamente (HASE), alcoholes polivinílicos, alcoholes polivinílicos etílicos, carboximetilcelulosa, goma xantana, goma guar o goma arábiga. Los espesantes mejoran la operabilidad del color del revestimiento, especialmente a altas velocidades de revestimiento.
Según una realización de la invención, el primer espesante y el segundo espesante pueden ser diferentes entre sí, en donde el primer espesante se selecciona preferiblemente de espesantes sintéticos, preferiblemente de espesantes sintéticos activados por pH y el segundo espesante es preferiblemente carboximetilcelulosa.
La cantidad del primer o primeros espesantes en la capa de revestimiento preliminar es normalmente de 0,01-2% en peso. En caso de varios primeros espesantes, esta cantidad los incluye a todos. Según una realización preferible, la capa de revestimiento preliminar comprende 0,1-2% en peso, preferiblemente 0,1-1,5% en peso, más preferiblemente 0,2-1% en peso del al menos un primer espesante.
La cantidad del segundo o segundos espesantes en la capa de acabado es normalmente de 0,01-5% en peso. En caso de varios primeros espesantes, esta cantidad los incluye a todos.
Según una realización preferida, la capa de acabado comprende 0,1-5% en peso, preferiblemente 0,1-3% en peso, más preferiblemente 0,1-2% en peso del al menos un segundo espesante.
La capa de acabado puede comprender 0,5-30% en peso, preferiblemente 1-30% en peso, más preferiblemente 1-20% en peso o 2-20% en peso, incluso más preferiblemente 1-15 o 5-15% en peso de un agente antibloqueo. Según una realización, el agente antibloqueo en la capa de acabado puede seleccionarse entre dímeros de alquenil ceteno C16-C18 aniónicos, cera de parafina, cera de carnauba, estearato de calcio, poliglicéridos o polietileno de alta densidad.
Preferiblemente, la capa de acabado comprende 0,5-30% en peso de dímero de alquenil ceteno C16-C18 como agente antibloqueo. La cantidad de dímero de alquenil ceteno C16-C18 aniónico en la capa de acabado puede ser de 1 -30% en peso, preferiblemente 2-20% en peso, más preferiblemente 5-15% en peso.
La capa de revestimiento preliminar y/o la capa de acabado pueden comprender un agente de reticulación, que reacciona con los grupos -OH o -COOH. Ejemplos de reticulantes adecuados son, entre otros, ácido cítrico, carbonatos de circonio, glioxal, urea formaldehído y melamina formaldehído. Los reticulantes hacen que la capa de revestimiento sea menos sensible al agua, p. ej., reduciendo el número de grupos finales disponibles para reacciones con agua. El reticulante también puede mejorar las propiedades de reducción a pasta de la estructura de revestimiento.
Según una realización de la invención, la estructura de revestimiento puede comprender una película de polietileno, que se aplica sobre la capa de acabado. La película de polietileno proporciona propiedades de barrera mejoradas, especialmente cuando la estructura de revestimiento se aplica sobre un sustrato destinado al envasado de líquidos.
Según otra realización de la presente invención, la estructura de revestimiento está libre de cualquier capa de películas poliméricas laminadas. Esto mejora la capacidad de reducción a pasta de la estructura de revestimiento.
La estructura del revestimiento permite la fabricación de diversos revestimientos, con diferentes combinaciones de capa(s) de revestimiento preliminar y capa de acabado. Los pesos del revestimiento en la capa de revestimiento preliminar y la capa de acabado se pueden elegir libremente según el uso final deseado. Según una realización de la invención, la(s) capa(s) de revestimiento preliminar pueden tener un peso de revestimiento de 2-30 g/m2, preferiblemente 3-20 g/m2, más preferiblemente 5-15 g/m2, y la capa de acabado tiene un peso de revestimiento de 0,5-20 g/m2, preferiblemente 0,5 -15 g/m2, más preferiblemente 0,5-10 g/m2. En el caso de que la estructura de revestimiento comprenda una pluralidad de capas de revestimiento preliminar, el peso de revestimiento dado indica el peso de revestimiento total de todas las capas de revestimiento preliminar.
El sustrato que se reviste con la estructura de revestimiento es preferiblemente un sustrato que comprende fibras lignocelulósicas. Las fibras lignocelulósicas se pueden haber obtenido mediante cualquier proceso de reducción a pasta convencional, incluidos los procesos de reducción a pasta químico, mecánico y químico-mecánico. Las fibras lignocelulósicas también pueden ser fibras recicladas. El sustrato tiene una primera y una segunda grandes superficies paralelas, y normalmente tiene la forma de una red fibrosa sin fin. El sustrato puede tener un gramaje de 25-800 g/m2, preferiblemente 30-700 g/m2, más preferiblemente 40-500 g/m2.
La estructura de revestimiento se aplica sobre al menos una de las grandes superficies del sustrato utilizando cualquier técnica de revestimiento convencional, tal como revestimiento con varilla, revestimiento con cuchilla, revestimiento por pulverización o revestimiento por cortina.
Según una realización preferible, el producto revestido obtenido tiene un valor de ensayo TAPPI 559 KIT de al menos 8, preferiblemente al menos 10, más preferiblemente al menos 12. El valor de ensayo KIT mide la repelencia del revestimiento al aceite y la grasa y se realizan las mediciones según el método normalizado TAPPI T-559 pm-96.
Según una realización preferible, el producto revestido obtenido tiene un valor HVTR de barrera para el aceite mineral < 100 g/m2/d. El valor de la tasa de transmisión de vapor de hexano (HVTR) se obtiene utilizando el método de ensayo desarrollado por BASF. En el ensayo, se pone hexano en una copa de medición cubierta por una muestra de barrera y se mide la evaporación de hexano a través del área conocida. El método de ensayo es comúnmente conocido por los expertos en la materia.
Según una realización preferible, el producto revestido obtenido tiene un WVTR de barrera para el vapor de agua a 23°C y 50% de humedad relativa < 100 g/m2/d. El valor de WVTR se puede medir utilizando métodos normalizados de ASTM F-1249, ISO 15105-2, ISO 15106-3, DIN 53122-2.
El producto se puede utilizar para fabricar un envase de uso alimentario o para envasar líquidos.
Parte experimental
Muestra 1 de referencia
El revestimiento de carrete a carrete se realizó usando un revestidor a escala semi-piloto. Se utilizó cartón para caras de 130 g/m2 como sustrato. La velocidad de revestimiento fue de 10 m/min y se usó una varilla de 20 pm para el revestimiento. El color de revestimiento usado contenía 50% de aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 20°C y 50% de pigmento de talco (Finntalc C15, usado en todos los ejemplos siguientes). El sustrato de muestra se revistió dos veces con el color de revestimiento. El peso del revestimiento se determinó en el horno.
Se ensayaron las siguientes propiedades de barrera, utilizando los métodos normalizados que se indican entre paréntesis:
- Oxígeno, OTR (ASTM D3985, 23°C, 50% de HR; 23°C, 80% de HR)
- Vapor de agua, WVTR (ASTM E-96, D3985 y F1927, 23°C, 50% de HR)
- Agua, Cobb 300s (ISO 535, EN 20535 y TAPPI T 441)
- Grasa y aceite
• Ensayo KIT (método TAPPI T-559 pm-96)
• Aceite de oliva 40°C (ISO 16235-2 y TAPPI 507 cm-99), 5 bar 170 h.
Los resultados obtenidos se dan en la Tabla 2. El resultado visual para la muestra plegada y manchada se da en la Figura 1.
Muestra 2 de referencia
El revestimiento de carrete a carrete se realizó usando un revestidor a escala semi-piloto. Se utilizó cartón para caras de 130 g/m2 como sustrato. La velocidad de revestimiento fue de 10 m/min y se usó una varilla de 14 pm para el revestimiento. El sustrato de muestra se revistió con una capa de revestimiento preliminar y una capa de acabado.
En la Tabla 1 se muestran las composiciones de los colores del revestimiento preliminar y la capa de acabado. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 10°C
Tabla 1 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para la muestra 1 de referencia.
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Los resultados obtenidos se dan en la Tabla 2. El resultado visual para la muestra plegada y manchada se da en la Figura 2.
Tabla 2 Resultados obtenidos para las Muestras 1 y 2 de referencia.
Figure imgf000007_0002
Ejemplo 3 de revestimiento
El sustrato usado fue cartón plegable para cajas de 265 g/m2. Se aplicaron uno o dos revestimientos preliminares de barrera sobre el sustrato sin revestir usando la unidad de revestimiento de varillas RK K Control Coater. Para las muestras con doble revestimiento, se aplicó el revestimiento preliminar utilizando una varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm. Para las muestras con revestimiento triple, la primera capa de revestimiento preliminar se aplicó usando una varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm y la segunda capa de revestimiento preliminar usando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 gm. La capa de acabado se aplicó utilizando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 gm y dando un espesor de película húmeda de 4 micrómetros. La velocidad de revestimiento se ajustó a 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador IR durante 60 segundos. En la Tabla 3 se muestran las composiciones de los colores de revestimiento usados. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 5°C
Tabla 3 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para el Ejemplo 3 de revestimiento.
Figure imgf000007_0003
El pH del color del revestimiento preliminar se ajustó a 8,5 utilizando NaOH.
Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras revestidas. El ensayo incluía el plegado de la muestra utilizando la unidad de plegado y perforación Cyklos CPM 450, y el plegado mediante el uso de un rodillo Cobb para presionar el pliegue a una presión constante. El plegado y el doblado se realizaron tanto en la dirección de la máquina como en la transversal. El ensayo de manchado se realizó para las muestras plegadas utilizando rojo de metilo disuelto en etanol. Las propiedades de barrera contra el vapor de agua se midieron utilizando el instrumento Systech Permeation Analyzers M7002. Las propiedades de barrera contra la grasa se ensayaron usando grasa de pollo hervida. Se puso grasa en el lado revestido con barrera de la muestra FBB revestida y doblada y se puso en un horno a 60°C durante 60 minutos y se fotografió para evaluar la penetración de la grasa.
El resultado visual para una muestra plegada, doblada y manchada, peso de revestimiento de 13,8 g/m2, doblemente revestida con una capa de revestimiento preliminar usando la varilla 3 y una capa de acabado usando la varilla 0, se muestra en la Figura 3a. El resultado visual del ensayo de barrera contra la grasa de grasa de pollo para una muestra similar, peso del revestimiento 13,8 g/m2, plegada y doblada, se da en la Figura 3b. Los resultados medidos obtenidos para una muestra similar con un peso de revestimiento de 12,6 se dan en la Tabla 4.
El resultado visual para muestra plegada, doblada y manchada, peso del revestimiento 15,9 g/m2, triplemente revestida con dos capas de revestimiento preliminar usando las varillas 3 y 0 y una capa de acabado usando la varilla 0, se muestra en la Figura 3c. El resultado visual del ensayo de barrera contra la grasa de grasa de pollo para una muestra similar, peso del revestimiento 15,9 g/m2, plegada y doblada, se da en la Figura 3d.
Tabla 4 Resultados obtenidos para la muestra con doble revestimiento del Ejemplo 3 de revestimiento.
Figure imgf000008_0003
Ejemplo 4 de revestimiento
El sustrato usado fue cartón plegable para cajas de 265 g/m2. Se aplicó un revestimiento preliminar de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varillas RK K Control Coater y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 gm. La capa de acabado se aplicó utilizando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 gm y dando un espesor de película húmeda de 4 micrómetros. La velocidad de revestimiento se ajustó a 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador IR durante 60 segundos. En la Tabla 5 se muestran las composiciones de los colores de revestimiento usados. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 5°C
Tabla 5 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para el Ejemplo 4 de revestimiento.
Figure imgf000008_0001
El pH del color del revestimiento preliminar se ajustó a 8,5 utilizando NaOH.
Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras de la misma manera que se ha descrito para el Ejemplo 3 de revestimiento.
El resultado visual para una muestra plegada, doblada y manchada, peso del revestimiento 13,8 g/m2, se da en la Figura 4a. Los resultados visuales para el ensayo de barrera contra la grasa de grasa de pollo para la muestra, peso del revestimiento 13,8 g/m2, plegada y doblada, se da en la Figura 4b. Los resultados medidos obtenidos de una muestra similar con un peso de revestimiento de 11,1 g/m2 se dan en la Tabla 6.
Tabla 6 Resultados obtenidos para la muestra con doble revestimiento del Ejemplo 4 de revestimiento.
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000009_0003
Ejemplo 5 de revestimiento
El sustrato usado fue cartón plegable para cajas de 265 g/m2. Se aplicó un revestimiento preliminar de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varillas RK K Control Coater y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La capa de acabado se aplicó utilizando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 pm y dando un espesor de película húmeda de 4 micrómetros. La velocidad de revestimiento se ajustó a 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador IR durante 60 segundos. En la Tabla 7 se muestran las composiciones de los colores de revestimiento usados. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 5°C
Tabla 7 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para el Ejemplo 5 de revestimiento.
Figure imgf000009_0001
El pH del color del revestimiento preliminar se ajustó a 8,5 utilizando NaOH.
Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras de la misma manera que se ha descrito para el Ejemplo 3 de revestimiento.
Los resultados visuales para una muestra plegada, doblada y manchada, peso del revestimiento 12,5 g/m2, se dan en la Figura 5a. Los resultados visuales para el ensayo de barrera contra la grasa de grasa de pollo para la muestra, peso del revestimiento 12,5 g/m2, plegada y doblada, se dan en la Figura 5b. Los resultados medidos obtenidos para una muestra similar, peso del revestimiento 10,6 g/m2, se dan en la Tabla 8.
Tabla 8 Resultados obtenidos para la muestra con doble revestimiento del Ejemplo 5 de revestimiento.
Figure imgf000009_0002
Ejemplo 6 de revestimiento
El sustrato usado fue cartón plegable para cajas de 265 g/m2. Se aplicó un revestimiento preliminar de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varillas RK K Control Coater y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La capa de acabado se aplicó utilizando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 pm y dando un espesor de película húmeda de 4 micrómetros. La velocidad de revestimiento se ajustó a 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador IR durante 60 segundos. En la Tabla 9 se muestran las composiciones de los colores de revestimiento usados. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 5°C.
Tabla 9 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para el Ejemplo 6 de revestimiento.
Figure imgf000010_0001
Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras de la misma manera que se ha descrito para el Ejemplo 3 de revestimiento.
El resultado visual para la muestra plegada, doblada y manchada se muestra en la Figura 6a. El resultado visual del ensayo de barrera contra la grasa de grasa de pollo para la muestra, plegada y doblada, se da en la Figura 6b. Los resultados medidos obtenidos para una muestra similar se dan en la Tabla 10.
Tabla 10 Resultados obtenidos para una muestra con doble revestimiento del Ejemplo 6 de revestimiento.
Figure imgf000010_0003
Ejemplo 7 de revestimiento
El sustrato usado fue cartón plegable para cajas de 235 g/m2. Se aplicó un revestimiento preliminar de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varillas RK K Control Coater y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La capa de acabado se aplicó utilizando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 pm y dando un espesor de película húmeda de 4 micrómetros. La velocidad de revestimiento se ajustó a 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador IR durante 60 segundos. En la Tabla 11 se muestran las composiciones de los colores de revestimiento usados. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno carboxilado con Tg = 10°C
Tabla 11 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para el Ejemplo 7 de revestimiento.
Figure imgf000010_0002
Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras de la misma manera que se ha descrito para el Ejemplo 3 de revestimiento.
Los resultados visuales para la muestra plegada, doblada y manchada se dan en la Figura 7a. Los resultados visuales para el ensayo de barrera contra la grasa de grasa de pollo para la muestra, plegada y doblada, se dan en la Figura 7b. Los resultados medidos obtenidos en la misma muestra se dan en la Tabla 12.
Tabla 12 Resultados obtenidos para la muestra con doble revestimiento del Ejemplo 7 de revestimiento.
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Ejemplo 8 de revestimiento
El sustrato usado fue cartón plegable para cajas de 265 g/m2. Se aplicó un revestimiento preliminar de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varillas RK K Control Coater y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La capa de acabado se aplicó utilizando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 pm y dando un espesor de película húmeda de 4 micrómetros. La velocidad de revestimiento se ajustó a 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador IR durante 60 segundos. En la Tabla 13 se muestran las composiciones de los colores de revestimiento usados. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 5°C
Tabla 13 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para el Ejemplo 8 de revestimiento.
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Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras de la misma manera que se ha descrito para el Ejemplo 3 de revestimiento.
Los resultados medidos obtenidos en la misma muestra se dan en la Tabla 14.
Tabla 14 Resultados obtenidos para la muestra con doble revestimiento del Ejemplo 8 de revestimiento.
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Ejemplo 9 de revestimiento
El sustrato usado fue cartón plegable para cajas de 265 g/m2. Se aplicó un revestimiento preliminar de barrera sobre el sustrato sin revestir utilizando la unidad de revestimiento de varillas RK K Control Coater y la varilla de revestimiento (3) con un diámetro de alambre de 24 pm. La capa de acabado se aplicó utilizando una varilla lisa (0) con un diámetro de alambre de 0,05 pm y dando un espesor de película húmeda de 4 micrómetros. La velocidad de revestimiento se ajustó a 5 y el secado se llevó a cabo utilizando un secador IR durante 60 segundos. En la Tabla 15 se muestran las composiciones de los colores de revestimiento usados. Los colores de revestimiento usados contenían aglutinante de acrilato de estireno con Tg = 5°C
Tabla 15 Composiciones de color del revestimiento preliminar y color de la capa de acabado para el Ejemplo 9 de revestimiento.
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Se realizó un ensayo de conversión simple para las muestras de la misma manera que se ha descrito para el Ejemplo 3 de revestimiento.
El resultado visual para la muestra plegada, doblada y manchada se muestra en la Figura 8a. El resultado visual del ensayo de barrera contra la grasa de grasa de pollo para la muestra, plegada y doblada, se da en la Figura 8b. Los resultados medidos obtenidos para una muestra similar se dan en la Tabla 16.
Tabla 16 Resultados obtenidos para la muestra de doble revestimiento del Ejemplo 9 de revestimiento.
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Para desarrollar revestimientos de barrera para envases a base de fibra, no es suficiente observar únicamente las propiedades del revestimiento como una superficie plana. Los productos con revestimiento de barrera pasarán por un proceso de conversión y, por lo tanto, es crucial que el revestimiento permanezca intacto durante los procesos de plegado y doblado. Los ejemplos anteriores muestran que las muestras de referencia con buenas propiedades de barrera no pueden utilizarse comercialmente ya que el revestimiento de barrera se agrieta al plegarse y pierde las propiedades de barrera que tenía como muestra plana. Los ejemplos 3-9 de revestimiento muestran que diferentes formulaciones de revestimiento según la invención pueden proporcionar una combinación de buenas propiedades de barrera y de conversión. El producto puede tener un revestimiento doble o multicapa. Las estructuras de revestimiento descritas proporcionan propiedades de barrera contra la grasa y el vapor de agua especialmente mejoradas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Estructura de revestimiento para un sustrato similar a una hoja que comprende fibras lignocelulósicas, comprendiendo la estructura
- al menos una capa de revestimiento preliminar, que comprende
a) al menos 70% en peso de un primer copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg < 20°C, preferiblemente < 10°C,
(b) < 30% en peso de partículas minerales laminares inorgánicas, tales como caolín o talco, y
(c) 0,01 -2% en peso de al menos un primer espesante; y
- una capa de acabado, que comprende
a) al menos 50% en peso de un segundo copolímero de (met)acrilato de estireno que se polimeriza en presencia de un estabilizador y que tiene una temperatura de transición vítrea Tg < 20°C, preferiblemente < 10°C,
(b) < 30% en peso de partículas minerales inorgánicas,
(c) 0,01-5% en peso de al menos un segundo espesante,
(d) 0,5-30% en peso de un agente antibloqueo.
2. Estructura de revestimiento según la reivindicación 1, caracterizada por que la capa de revestimiento preliminar comprende
(a) 70-99% en peso, preferiblemente 70-95% en peso, más preferiblemente 73-90% en peso del primer copolímero de (met)acrilato de estireno, y/o
(b) 0,1-30% en peso, preferiblemente 5-25% en peso, más preferiblemente 10-20% en peso de partículas minerales laminares inorgánicas, y/o
(c) 0,1-2% en peso, preferiblemente 0,1 -1,5% en peso, más preferiblemente 0,2-1% en peso del al menos un primer espesante.
3. Estructura de revestimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que la capa de acabado comprende (a) 50-99% en peso, preferiblemente 60-95% en peso, más preferiblemente 63-85% en peso del segundo copolímero de (met)acrilato de estireno, y/o
(b) 0,1-30% en peso, preferiblemente 5-25% en peso, más preferiblemente 5-20% en peso de partículas minerales inorgánicas, y/o
(c) 0,1-5% en peso, preferiblemente 0,1-3% en peso, más preferiblemente 0,1-2% en peso del al menos un segundo espesante, y/o
(d) 1-30% en peso, preferiblemente 1-20% en peso, más preferiblemente 1-15% en peso de agente antibloqueo.
4. Estructura de revestimiento según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizada por que el agente antibloqueo se selecciona de dímeros de alquenil ceteno C16-C18, cera de parafina, cera de carnauba, estearato de calcio, poliglicéridos o polietileno de alta densidad.
5. Estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 anteriores, caracterizada por que el copolímero de (met)acrilato de estireno se polimeriza en presencia de un estabilizador, que se selecciona de almidón y alcohol polivinílico, preferiblemente almidón, y/o por que el copolímero de (met)acrilato de estireno es un copolímero carboxilado, obtenido preferiblemente por polimerización de una mezcla de monómeros que comprende 1 -5% en peso de ácido carboxílico.
6. Estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-5 anteriores, caracterizada por que el primer y/o segundo copolímeros de (met)acrilato de estireno tiene una temperatura de transición vítrea en el intervalo de -40-20°C, preferiblemente -20-10°C, más preferiblemente -10-10°C.
7. Estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 anteriores, caracterizada por que el primero y/o segundo espesantes se seleccionan del grupo que comprende espesantes sintéticos activados por pH, tales como espesantes de emulsión soluble/hinchable en álcali (ASE), espesantes de emulsión soluble en álcali modificada hidrófobamente (HASE), alcoholes polivinílicos, alcoholes polivinílicos etilados, carboximetil celulosa, goma xantana, goma guar o goma arábiga.
8. Estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 anteriores, caracterizada por que el primer espesante y el segundo espesante son diferentes entre sí, en donde el primer espesante se selecciona preferiblemente de espesantes sintéticos, preferiblemente de espesantes sintéticos activados por pH y el segundo espesante es preferiblemente carboximetilcelulosa.
9. Estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 -8 anteriores, caracterizada por que la capa de revestimiento preliminar y/o la capa de acabado comprenden un reticulante, que reacciona con los grupos -OH o -COOH.
10. Estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 anteriores, caracterizada por que la estructura comprende dos o más capas de revestimiento preliminar y una capa de acabado, que se aplica sobre la capa de revestimiento preliminar más exterior.
11. Estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-10 anteriores, caracterizada por que la capa de revestimiento preliminar tiene un peso de revestimiento de 2-30 g/m2, preferiblemente 3-20 g/m2, más preferiblemente 5-15 g/m2, y la capa de acabado tiene un peso de revestimiento de 0,5-20 g/m2, preferiblemente 0,5­ 15 g/m2, más preferiblemente 0,5-10 g/m2.
12. Producto similar a una hoja que comprende
- un sustrato que comprende fibras lignocelulósicas y que tiene una primera y una segunda grandes superficies paralelas, y
- una estructura de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-11 aplicada sobre al menos una de las grandes superficies del sustrato.
13. Producto según la reivindicación 12, caracterizado por que el sustrato tiene un gramaje de 25-800 g/m2, preferiblemente 30-700 g/m2, más preferiblemente 40-500 g/m2.
14. Producto según la reivindicación 12 o 13, caracterizado por que el producto tiene un valor de ensayo KIT de al menos 8, un valor HVTR de barrera para el aceite mineral < 100 g/m2/d y/o un valor WVTR de barrera para el vapor de agua < 100 g/m2/d.
15. Uso de un producto similar a una hoja según cualquiera de las reivindicaciones 12-14 para fabricar un envase de uso alimentario.
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