IT202000011668A1 - Procedimento ed apparecchiatura perfezionata per il deposito di un rivestimento protettivo su supporti cartacei vergini e/o riciclati - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE AVENTE PER TITOLO:

?Procedimento ed apparecchiatura perfezionata per il deposito di un rivestimento protettivo su supporti cartacei vergini e/o riciclati?.

BACKGROUND DELL'INVENZIONE.

[001] L?invenzione prende forma all?interno delle tecnologie e delle procedure utilizzate per rendere delle superfici cartacee atte ad essere messe in contatto diretto (ad esempio) con alimenti e/o prodotti farmaceutici evitando reciprocamente qualsiasi tipo di contaminazione.

STATO DELL'ARTE.

[002] L?utilizzo delle carte riciclate, ma anche di quelle vergini, pone oggi alcune problematiche derivanti dalla possibilit? non del tutto remota che le medesime possano contenere sostanze dannose per la salute umana; ad esempio quantit? minime di bisfenoli, cloro-paraffine e microplastiche.

[003] L?utilizzo delle carte vergini o riciclate, ad esempio negli imballaggi, ? tuttavia preferibile in quanto la problematica dell?impatto ambientale ha assunto in questi ultimi decenni un?importanza non pi? trascurabile.

[004] A tal fine, nello stato dell?arte, sono ampiamente divulgate quelle tecniche che permettono a dei supporti cartacei di assumere caratteristiche di oleo ed idrorepellenza al fine di poter essere utilizzati in variegati campi di applicazione, come quello alimentare e farmaceutico.

[005] Una delle soluzioni pi? adottate e recepite dalla tecnica attuale prevede la creazione di una barriera tra ci? che si vuol proteggere e/o contenere e l?imballo cartaceo mediante processi di accoppiamento con film di materiali plastici, quali il polietilene ed il poliestere o film poliaccoppiati. Nella Fig1, Prior Art, un materiale isolante [Fig1(10)] ? accoppiato ad un substrato cartaceo [Fig1(11)].

[006] L?accoppiamento di tali materiali protettivi risulta ben visibile ad occhio nudo nel substrato cartaceo ed a tutti gli effetti questa categoria di prodotti sono una commistione eterogenea di due elementi differenti, ovvero carta pi? materiale isolante. Tale tecnica limita l?utilizzo delle sole plastiche negli imballaggi e contribuisce ad una minore produzione/gestione delle medesime sostanze.

[007] Questa soluzione rende tuttavia molto laborioso e complicato, durante la fase del riciclo, il recupero della sola quota cellulosica e pu? creare delle apprezzabili quantit? di plastiche miste a cellulosa che implicano una gestione problematica nel recupero della materia prima (cellulosa). Nella maggior parte dei casi l?unica soluzione ? il reimpiego di tale prodotto nei processi di valorizzazione energetica.

[008] Una soluzione tecnologica pi? evoluta ed integrata ? rappresentata dalla possibilit? di utilizzare processi di deposito di film di protezione sulla carta mediante procedimenti chimico/fisici adeguati, ad esempio quelli tramite il SOL-GEL. Nella Fig2 tale deposito ottenuto tramite una soluzione SOL-GEL [Fig2(20)] ? applicato ad un substrato costituito da due materiali cartacei accoppiati [Fig2(21)(22)]. In tale figura lo spessore del deposito SOL-GEL ? volutamente ingrandito per permetterne la visibilit? nella tavola dei Disegni.

[009] Il SOL-GEL nello stato dell?arte ? costituito da particelle di ossido di silicio sospese in un liquido aventi diametro di qualche nanometro.

[010] Questa soluzione non modifica minimamente l?aspetto del substrato cartaceo in quanto la dimensione del deposito protettivo ? caratterizzata da uno spessore infinitesimale.

[011] L?imballaggio conseguito con un materiale cartaceo trattato mediante tale procedimento, ad esempio, ? del tutto indistinguibile ad occhio nudo da un imballaggio cartaceo convenzionale, non dotato delle suddette caratteristiche protettive.

[012] L?applicazione DE10158433A1 svela una tecnica capace di depositare nano-particelle atte al conferimento di peculiari caratteristiche al substrato oggetto del procedimento.

[013] L?applicazione DE10159288A1 svela una soluzione per depositare su fibre tessili e carta un substrato resistente al calore costituito da una matrice organica e/o inorganica ottenuta mediante idrolisi e condensazione di Silano.

[014] L?applicazione internazionale WO2007065766A1 svela un processo che utilizza il SOL-GEL atto a realizzare un manufatto con caratteristiche tecniche molto vantaggiose grazie alle peculiarit? offerte dalla medesima tecnica del SOL-GEL.

[015] In base alla letteratura brevettuale ivi svelata, secondo l?idea dell?invenzione, ? possibile perfezionare ulteriormente tali tecniche allo scopo di applicare mediante il SOL-GEL un rivestimento ad un layer cartaceo tale da conferire al medesimo delle caratteristiche di idro-repellenza, oleo-repellenza e dotandolo inoltre di caratteristiche aggiuntive quali l?abbattimento della carica virale, di quella batterica e propriet? antifungine.

[016] Inoltre, come gi? accennato nel paragrafo [002] ? essenziale che tale perfezionamento secondo l?idea dell?invenzione non produca una contaminazione con (ad esempio) l?alimento e/o il farmaco con cui viene in contatto. Se tale evenienza dovesse verificarsi, il supporto cartaceo cos? trattato non potrebbe essere utilizzato per gli scopi gi? dichiarati nel presente capitolo in quanto potenzialmente tossico.

[017] Nell?applicazione DE10158433A1 per utilizzare il SOL-GEL ? necessario preparare la superficie del substrato applicando un primer composto, per esempio, di TEOS con aggiunta di HNO3 e altre sostanze. Il layer applicato sul primer ? composto da ossido di titanio, acetilacetone e anche altri composti per modificarne le caratteristiche, con residuo solido di TiO del 2%. Nessuno di questi composti ? tuttavia idoneo per il contatto diretto con generi alimentari. Tale soluzione non ? quindi idonea per il rivestimento di carta ad utilizzi alimentari e/o farmaceutici.

[018] Scopo della presente invenzione ? quindi perfezionare lo stato della tecnica affinch? i processi di protezione offerti dalla tecnica del SOL-GEL applicati ad un substrato cartaceo siano compatibili con l?utilizzo di alimenti e/o farmaci e non producano quindi nessuna contaminazione reciproca.

[019] Scopo della presente invenzione ? inoltre produrre un manufatto secondo le specifiche sopra menzionate che abbia un impatto ambientale nullo.

[020] Il perfezionamento scaturito dall?idea dell?invenzione ha portato, inoltre, a sintetizzare un procedimento peculiare ed a realizzare un macchinario specifico atto alla realizzazione pratica del supporto cartaceo dotato delle sopra citate caratteristiche innovative.

RIASSUNTO DELL'INVENZIONE.

[021] L?idea frutto dell?invenzione svela una peculiare composizione SOL-GEL applicata mediante nebulizzazione e/o applicazione a tampone, ad un substrato cartaceo, sia di tipo vergine sia di tipo naturale, allo scopo di renderlo idrorepellente, oleo repellente e compatibile con il contatto di sostanze alimentari e/o altre sostanze cui si vuole preservare qualsiasi forma di contaminazione. Il substrato cos? trattato si dimostra inoltre efficace per abbattere un?eventuale presenza di carica batterica, virale, e presenta una spiccata azione antifungina.

[022] L?idea frutto dell?invenzione perfeziona la tecnica di alcuni apparati utilizzati nella lavorazione della carta allo scopo di integrare le novit? tecnologiche della presente invenzione.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE.

[023] La tavola dei Disegni viene integrata nella documentazione di questa applicazione allo scopo di esemplificare le caratteristiche del trovato, anche evidenziando varianti nell?applicazione ivi descritta, nella fattispecie:

? la Fig1 svela una Prior Art mediante accoppiamento di materiale plastico ad un substrato cartaceo.

? la Fig2 svela un rivestimento effettuato secondo l?idea dell?invenzione posto su di un layer cartaceo doppio.

? la Fig3 svela il macchinario frutto del procedimento secondo l?idea dell?invenzione.

? la Fig4 svela un dettaglio degli ugelli atomizzatori.

? la Fig5 svela un ulteriore forma di realizzazione del macchinario frutto dell?idea dell?invenzione.

? la Fig6 mostra un?immagine ingrandita di un campione di carta vergine trattata secondo il procedimento frutto dell?idea dell?invenzione. ? la Fig7 mostra un?immagine ingrandita di un campione di carta riciclata trattata secondo il procedimento frutto dell?idea dell?invenzione.

[024] I parametri della lunghezza e pressione della presente Descrizione sono conformi al Sistema Internazionale di Unit? di Misura (S.I.)

[025] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione il SOL-GEL ? costituito da particelle di ossido di silicio aventi diametri di qualche nanometro sospese in un liquido. Il SOL-GEL ? tipicamente ottenuto da precursori quali alcossidi di metalli o metalloidi (ad esempio alcossisilani) o da sali quali cloruri, nitrati, acetati.

[026] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione viene operata una diluzione con acqua distillata al 20% del volumne di tale nanoparticolato attivo foto cataliticamente, senza alcuna aggiunta di solventi o altri reagenti. E? necessaria quindi una miscelazione continua di almeno 20 minuti della soluzione per produrre un liquido idoneo per l?applicazione diretta su supporti cartacei senza l?utilizzo di alcun primer, primer che renderebbe inadeguato il supporto cartaceo per gli scopi prefissati in tale applicazione.

[027] Secondo l?idea dell?invenzione si ? dovuto operare un affinamento della tecnica nota allo stato dell?arte per quello che riguarda il procedimento ed i dispositivi industriali di applicazione del SOL-GEL sul substrato cartaceo.

[028] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione considerando la velocit? di scorrimento di carta durante la produzione di cartoncini tesi e ondulati a livello industriale, ? possibile produrre un rivestimento tramite atomizzazione della soluzione SOL-GEL: tale soluzione ? conforme e preferibile ad un processo continuo. Laddove la velocit? di processo ? meno critica, come per la produzione di fogli singoli di carta o cartone, il rivestimento a tampone ? decisamente pi? indicato.

[029] L?atomizzazione della soluzione del SOL-GEL avviene direttamente su rotolo di materiale cartaceo su tutta la sua larghezza, ad esempio in un rotolo di altezza compresa tra i 2,5 ed i 3 metri. Tra due aspi svolgitore [Fig3(30)] ed avvolgitore [Fig3(31)] del rotolo di materiale cartaceo [Fig3(32)] ? inserita una peculiare camera d?irrorazione ermetica [Fig3(33)]. All?interno della camera ? posizionata una matrice composta da tre aste semoventi porta ugelli [Fig3(34)] ed un totale di 45 ugelli atomizzatori totali [Fig3(35)] ovvero 15 ugelli atomizzatori su ciascuna delle aste semoventi [Fig3(36)]. Le aste semoventi porta ugelli presentano una guida meccanica tale da permettere una traslazione lungo l?asse verticale [Fig3(37)] ed orizzontale [Fig3(38)] tali da configurare diversi scenari di lavoro. Inoltre, se necessario, ? possibile variare in fase di configurazione iniziale del macchinario il numero di ugelli atomizzatori presente sulla rispettiva asta.

[030] Secondo al forma di realizzazione dell?invenzione questa configurazione meccanica permette la regolazione dei seguenti parametri:

? altezza di ciascuna delle aste semoventi rispetto al piano dove scorre il materiale cartaceo da trattare.

? distanza tra le aste semoventi porta ugelli.

[031] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione la mandata della pressione della soluzione SOL-GEL negli ugelli di ciascuna delle aste semoventi pu? convenientemente variare da 1,5 bar a 2,5 bar mediante l?utilizzo di una pompa di mandata gestita da un?opportuna logica di controllo.

[032] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione gli ugelli atomizzatori possono convenientemente avere un diametro degli orifizi da 1,2mm a 1,8mm [Fig4(40)] in maniera tale da rendere particolarmente uniforme la distribuzione sul supporto cartaceo della soluzione SOL-GEL.

[033] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione la distanza delle aste semoventi porta ugelli dal piano del substrato cartaceo pu? convenientemente variare tra 5cm e 15 cm.

[034] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione la velocit? di scorrimento di carta pu? convenientemente variare in funzione delle prestazioni del rivestimento SOL-GEL desiderato, della tipologia di carta e di altri parametri gestibili da un operatore e/o da una logica di controllo del macchinario.

[035] Secondo la forma di realizzazione dell?invenzione le condizioni di rivestimento del substrato cartaceo dipendono, oltre che dalla velocit? di movimento della carta, anche dalla temperatura e l?umidit? dell?ambiente e dalla tipologia e le caratteristiche di carta. La matrice degli ugelli con parametri flessibili e regolabili dall?utente, risponde alle esigenze specifiche del processo e crea la copertura omogenea dello strato di rivestimento secondo l?idea dell?invenzione sul materiale cartaceo.

[036] Secondo l?idea dell?invenzione con l?umidit?, creata dal getto degli ugelli atomizzatori all?interno della camera d?irrorazione, le fibre degli strati di carta s?allargano aumentando la bagnabilit? del substrato permettendo una maggiore penetrazione del trattamento.

[037] L?effetto dell?umidit?, in combinazione con la temperatura dell?ambiente, facilit? l?accoppiamento tra il materiale di rivestimento e il substrato.

[038] Secondo l?idea dell?invenzione la quantit? di soluzione di rivestimento ? dosata in funzione delle caratteristiche di fibra del substrato e varia tra i 6 e i 22 millilitri al metro quadro.

[039] Secondo l?idea dell?invenzione la pressione del getto degli ugelli su ciascuna delle aste semoventi ? impostata prima del processo di rivestimento del substrato cartaceo in funzione delle condizioni climatiche, la tipologia di carta e la velocit? del processo e resta costante durante il processo di deposizione. In questo modo si ottiene l?uniformit? di strato della barriera su tutta la luce del rotolo. La forma di realizzazione dell?invenzione permette, tuttavia, di variare tale parametro pressorio in relazione alle esigenze produttive e quelle tecniche del materiale substrato.

[040] A fine linea il prodotto finito ? di nuovo avvolto in rotoli oppure tagliato in misure conformi all?utilizzo finale.

[041] Secondo un?altra forma di realizzazione della presente invenzione ? possibile operare il trasferimento della soluzione di rivestimento tramite una tecnica definita ?a tampone?. Tale tecnica ? preferibile per produzioni limitate di fogli di carta singoli.

[042] L?impianto ? composto di un circuito che alimenta una racla di raccolta [Fig5(50)] con all?interno il SOL-GEL [Fig5(51)]. Un primo cilindro [Fig5(52)] ruota a contatto con il SOL-GEL sulla sua superficie esterna e raccoglie tale soluzione. Tale soluzione SOL-GEL viene trasferita sulla superficie di un secondo cilindro tampone di tipo fotopolimerico [Fig5(53)], essendo i due cilindri a contatto e ruotanti tra di loro. Il cilindro tampone fotopolimerico a sua volta impregna il materiale cartaceo che si vuole opportunamente trattare [Fig5(54)] in quanto a contatto con la superficie esterna di tale supporto.

[043] Tale procedimento innovativo frutto dell?idea dell?invenzione ? calibrato per deporre un massimo di 6 millilitri al metro quadro di SOL-GEL a viscosit? della soluzione SOL-GEL pari a 25 volte quella dell?acqua. Il tampone ? impostato per il trasferimento di un fondo pieno. Il processo prevede che le caratteristiche della soluzione di rivestimento siano ricalibrate in funzione della serie di rulli che sono impiegati, in quanto ? possibile installare pi? rulli adiacenti contemporaneamente.

[044] Secondo tale forma di realizzazione dell?invenzione i sistemi di trasferimento a tampone per mezzo di racla richiedono un minimo di 7 litri di soluzione in circuito di alimentazione, pertanto ad ogni rullo questa quantit? diventa il minimo di sostanza necessaria per processare il prodotto su ogni rullo. Tale quantit? ? modificata in funzione della luce macchina.

CONSIDERAZIONI E MISURE.

[045] Il Dipartimento di Life Sciences dell?Universit? di Modena e Reggio Emilia (ITALIA) ha eseguito una serie di test di laboratorio su campioni di substrati rivestiti con il metodo qui descritto. I campioni sono di due tipi di carta, una definita con la sigla LB che rappresenta carte vergini, dalla porosit? superficiale gi? protetta da una patinatura e di una carta descritta con la sigla LX che rappresenta le carte provenienti da riciclo.

[046] Il campione LX contiene almeno 70% delle carte riciclate ed ? costituito di polpa con fibra corta e con una finitura di superficie grezza. Entrambi i tipi di carta sono stati rivestiti con ambedue le modalit? di applicazione, ovvero con l?atomizzazione e tramite il procedimento a tampone.

[047] Dal report redatto dal laboratorio in conclusione delle prove emerge che il rivestimento ha uno spessore che varia da 1,5 a 3 ?m, secondo quanto misurato in conformit? della norma ISO 2808:2007. Per valutare lo stato e l?eventuale degradazione del rivestimento, sono stati eseguiti i test in conformit? dello standard ISO 4628:2003.

[048] Questi test hanno mostrato un risultato migliore nella carta trattata tramite atomizzazione, sia essa di tipo LB [Fig6] che LX [Fig7]. In tale processo il rivestimento ? risultato perfettamente omogeneo sulla superficie di carta trattata la cui porosit? media ? di 20 micrometri (LB, LX).

[049] I dati ottenuti sulla capacit? del rivestimento di evitare la migrazione di sostanze nocive quali il BPA-D16, ha mostrato un eccellente risultato sia su carta LB che LX, mostrando una significativa capacit? del rivestimento di generare un effetto barriera. APPLICAZIONI SECONDO L'IDEA DELL'INVENZIONE.

[050] L?applicazione principale dell?invenzione ? da ascriversi:

? nell?ambito industriale, nelle attivit? produttive di cartoncini sagomanti, ondulati e micro-ondulati destinati al trasporto e conservazione di generi alimentari freddi o caldi a diretto contatto con essi.

? nella produzione di imballi per sostanze farmaceutiche di sintesi e/o naturali.

? nella produzione generica di qualsiasi tipo di imballo cartaceo.

VANTAGGI DELL'INVENZIONE.

[051] I vantaggi dell?idea frutto dell?invenzione sono i seguenti:

? ? possibile eliminare da un imballo cartaceo la quota di materiale plastico (o altro materiale isolante) ad oggi utilizzata per isolare (ad esempio) un alimento e/o un farmaco da una contaminazione di agenti esterni.

? secondo l?idea dell?invenzione ? possibile preservare il contenuto dell?imballo cartaceo da possibili contaminazioni date da sostanze tossiche presenti nel medesimo.

? secondo l?idea dell?invenzione ? possibile migliorare la gestione del riciclo del materiale cartaceo in quanto non accoppiato ad ulteriori materiali isolanti.

Claims (8)

CLAIMS ? RIVENDICAZIONI.

1) Procedura per il deposito di un rivestimento idro-repellente, oleo-repellente, antifungino, antivirale ed antibatterico sulla superficie di un materiale cartaceo di natura vergine e/o riciclata durante un ciclo di lavorazione industriale mediante una soluzione a base di ossido di silicio (SOL-GEL) attivo foto-cataliticamente in cui:

? il SOL-GEL ? ottenuto da precursori quali alcossidi di metalli o metalloidi e/o da Sali quali cloruri e/o acetati e/o nitrati.

? le particelle di silicio nel SOL-GEL hanno una scala di dimensioni nanometrica.

? il SOL-GEL viene miscelato con un volume pari al 20% di acqua distillata.

? il SOL-GEL miscelato con acqua distillata viene mescolato ininterrottamente per un periodo di tempo non inferiore ai 20 minuti.

? il SOL-GEL viene applicato mediante atomizzazione in una camera di irrorazione ermetica e/o procedura tramite tampone.

2) Procedura di rivestimento di un materiale cartaceo di natura vergine e/o riciclata mediante atomizzazione del SOL-GEL della Rivendicazione 1 in cui:

? un rotolo di materiale cartaceo vergine e/o riciclato contenuto in un aspo svolgitore viene allungato lungo una superfice planare e riavvolto mediante un aspo avvolgitore.

? nello spazio compreso i due aspi svolgitore ed avvolgitore viene predisposta una camera di irrorazione ermetica.

? nella camera di irrorazione ermetica sono presenti una o pi? aste semoventi predisposte con ugelli per l?atomizzazione del SOL-GEL dotate di un meccanismo meccanico di traslazione orizzontale e verticale al di sopra della superficie del materiale cartaceo.

? gli ugelli per l?atomizzazione del SOL-GEL sono dotati di un?apertura con un diametro compreso tra 1.2mm ed 1.8mm.

? gli ugelli per l?atomizzazione del SOL-GEL sono alimentati ad una pressione compresa tra 1.5bar e 2.5bar.

? la distanza tra il materiale cartaceo vergine e/o riciclato e gli ugelli per l?atomizzazione predisposti nelle aste semoventi ? variabile tra i 5cm ed i 15cm.

? la quantit? di SOL-GEL depositata dagli atomizzatori sul materiale cartaceo varia da 6 millilitri a 22 millilitri al metro quadro.

3) Dispositivo per l?atomizzazione del SOL-GEL della Rivendicazione 2 in cui sono presenti 3 aste semoventi porta ugelli dotate ciascuna di 15 ugelli per l?atomizzazione del SOL-GEL, per un totale di 45 ugelli atomizzatori.

4) Procedura di rivestimento di un materiale cartaceo di natura vergine e/o riciclata con il SOL-GEL della Rivendicazione 1 attraverso un tampone in cui:

? una racla raccoglie e contiene la soluzione SOL-GEL.

? la superficie esterna di un cilindro meccanico ruotante ? a contatto con la soluzione SOL-GEL contenuta nella racla.

? la superficie esterna di un secondo cilindro meccanico di tipo fotopolimerico ? a contatto con la superficie esterna del primo cilindro. ? il moto rotatorio del primo cilindro meccanico e la soluzione SOL-GEL presente sulla rispettiva superficie esterna si trasferiscono sulla superficie del secondo cilindro meccanico di tipo fotopolimerico.

? la superficie di un materiale cartaceo vergine e/o riciclato ? posta a contatto con la superficie del secondo cilindro meccanico ruotante di tipo fotopolimerico.

5) Dispositivo per la procedura di rivestimento mediante tampone della Rivendicazione 4 in cui la superficie del cilindro ruotante fotopolimerico depone sul materiale cartaceo un massimo di 6 millilitri al metro quadro della soluzione SOL-GEL quando la viscosit? della medesima soluzione ? pari a 25 volte quella dell?acqua.

6) Dispositivo per procedura di rivestimento mediante tampone della Rivendicazione 4 in cui la rotazione del secondo cilindro di tipo fotopolimerico ? pilotata da un motore elettrico o altro dispositivo di trascinamento.

7) Dispositivo per la procedura di rivestimento mediante tampone della Rivendicazione 4 in cui i cilindri ruotanti a contatto reciproco possono essere pi? di due.

8) Procedura della Rivendicazione 1 in cui tra la superficie cartacea da trattare ed il layer di SOL-GEL depositato non viene applicato nessun primer e/o nessun?altro tipo di elemento aggrappante.