IT202100003311A1 - Trattamento di impermeabilizzazione della carta e carta impermeabile così ottenuta - Google Patents

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Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo:
?TRATTAMENTO DI IMPERMEABILIZZAZIONE DELLA CARTA E CARTA IMPERMEABILE COS? OTTENUTA?
CAMPO DELL?INVENZIONE
La presente invenzione descrive un metodo per il trattamento superficiale della carta che la rende impermeabile all?acqua, all?olio e ai gas atmosferici, in particolare ossigeno. L?invenzione riguarda anche la carta impermeabile cos? ottenuta, che ? particolarmente indicata per la produzione di imballaggi di prodotti alimentari.
STATO DELLA TECNICA
Una gran parte di prodotti dell?industria alimentare sono trasportati e venduti in contenitori o imballaggi che devono essere impermeabili all?acqua (o a fasi liquide a base acquosa, come le salamoie), ai liquidi con componente alcolica (per esempio, cocktails), agli oli, o ai gas. Queste caratteristiche sono necessarie sia per evitare la fuoriuscita di liquidi o gas dall?imballaggio, per esempio, nel caso di bibite gassate per impedirne lo sgasamento, oppure nel caso dei contenitori di pietanze pronte per impedire la fuoriuscita dei condimenti; sia in alcuni casi per prevenire l?ingresso di sostanze dall?esterno, tipicamente gas, per esempio umidit? o ossigeno che potrebbero causare l?alterazione e il degrado dei cibi; infine, l?impermeabilit? (in particolare ai gas) ? richiesta per impedire scambi incrociati tra interno ed esterno, nel caso di prodotti confezionati in atmosfera modificata (per esempio, sotto azoto) in cui ? necessario impedire che questa venga modificata dalla fuoriuscita del gas di confezionamento e dal contemporaneo ingresso di gas atmosferici. Tipiche applicazioni di materiali impermeabili sono nella produzione di bicchieri e cannucce per bibite, buste per verdura, buste per la catena del freddo, confezioni per alimenti a lunga conservazione, confezionamento alimenti per il fresco, contenitori per liquidi a lunga e breve scadenza; esistono anche applicazioni non relative all?industria alimentare, per esempio nella produzione di vasi per floricultura.
Attualmente, una gran parte di confezioni alimentari sono prodotte con plastiche varie, soprattutto polietilentereftalato (PET, impiegato soprattutto per produrre bottiglie per bevande), polietilene (PE), polipropilene (PP) e polistirene (PS); in alcuni casi queste plastiche sono accoppiate con sottili strati metallici, tipicamente di alluminio, per ottenere l?impermeabilit? all?aria, oppure con cartoncino nelle confezioni Tetra Pak? (marchio registrato dell?azienda omonima).
Come ben noto, per?, le enormi quantit? di plastica prodotte ogni anno e non smaltite correttamente costituiscono un problema ambientale gravissimo. In particolare, quando rilasciate in fiumi, laghi e mari, formano isole galleggianti che possono intrappolare e uccidere la fauna ittica, rilasciano componenti secondari che hanno effetti inquinanti (per esempio, i plastificanti impiegati nella loro produzione), e danno luogo alle microplastiche (frammenti di materiale di dimensioni inferiori a 5 mm) che possono essere ingerite dalla fauna finendo nella catena alimentare fino all?uomo. Questi problemi sono aggravati dai tempi lunghissimi, anche di centinaia di anni, richiesti per la degradazione di questi materiali.
Nonostante questi problemi, ad oggi le confezioni e gli imballaggi plastici sono ancora largamente impiegati perch?, tra gli altri materiali usati nell?industria alimentare, vetro e metalli hanno peso e costi molto superiori (oltre ai rischi di rottura nel caso del vetro), mentre la carta non ha le idonee caratteristiche di impermeabilit?.
Scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un materiale che abbia caratteristiche di impermeabilit? a liquidi e gas analoghe a quelle delle plastiche e che quindi possa sostituirle nelle applicazioni di imballaggio, ma che sia facilmente riciclabile e non presenti i problemi di inquinamento collegati all?uso delle plastiche. Un altro scopo dell?invenzione ? quello di mettere a disposizione un processo per la produzione di detto materiale.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE
Questi scopi vengono ottenuti secondo la presente invenzione, che in un suo primo aspetto riguarda un processo per il trattamento della carta, che la rende impermeabile a liquidi e gas, che consiste in:
A) trattare superficialmente la carta con una soluzione di trattamento comprendente:
a.1) dal 35% al 100% in peso di una soluzione acquosa contenente tra 5% e 20% in peso di silice nanometrica, tra 15% e 25% in peso di un tetraalcossisilano idrolizzato e tra 25% e 40% in peso di un alchil-trialcossisilano idrolizzato; e opzionalmente uno o pi? altri componenti scelti tra:
a.2) tra 10% e 50% in peso di un alcol C1-C6 o una loro miscela;
a.3) una base scelta tra NaOH e KOH in quantit? tale da regolare il pH nell?intervallo tra 2,3 e 4,5; e
a.4) tra 2% e 15% in peso di glicerina pigmentata con un colorante ammesso per l?uso alimentare;
B) sottoporre la carta trattata con la soluzione di trattamento del passaggio A) ad un trattamento termico ad una temperatura compresa tra 100 e 250 ?C.
Nel suo secondo aspetto l?invenzione riguarda la carta impermeabilizzata ottenuta col processo sopra descritto.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE
La Fig. 1 mostra schematicamente un forno per la realizzazione del trattamento termico del passaggio B) del processo dell?invenzione;
La Fig. 2 mostra una fotografia al microscopio elettronica a scansione di un campione di carta ottenuto con il processo dell?invenzione;
La Fig. 3 mostra due fotografie al microscopio elettronica a scansione di un campione di carta ottenuto con il processo dell?invenzione, ad un ingrandimento maggiore di quello della Fig.1;
La Fig. 4 riproduce due fotografie, ottenute a diversa angolazione, di un campione di carta trattato con il processo dell?invenzione, che evidenziano le propriet? di idrorepellenza e oliorepellenza del campione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE
Nella descrizione che segue, tutte le percentuali sono da intendere in peso a meno che non sia diversamente indicato.
Nel primo passaggio dell?invenzione, A), la superficie della carta da impermeabilizzare viene trattata con una soluzione di trattamento.
L?acqua impiegata nella preparazione di tutte le soluzioni descritte di seguito ? demineralizzata; la presenza di specie ioniche potrebbe infatti alterare la reattivit? dei componenti utilizzati nelle soluzioni, rendendo non riproducibile il controllo del processo.
La soluzione di trattamento pu? essere costituita dalla sola soluzione acquosa del punto a.1, oppure pu? essere formata da questa con l?aggiunta di uno o pi? dei componenti dei punti a.2-a.4.
La soluzione del punto a.1 ? una soluzione acquosa contenente tra 5 e 20% in peso di silice nanometrica, tra 15 e 25% in peso di un tetraalcossisilano idrolizzato e tra 25 e 40% in peso di un alchil-trialcossisilano idrolizzato.
Questa soluzione viene preparata miscelando in rapporti opportuni tre soluzioni separate dei tre componenti citati, che per chiarezza verranno definite nel seguito soluzioni primarie.
La prima di queste soluzioni primarie ? in realt? una sospensione contenente silice nanometrica, una forma di silice costituita da particelle primarie di silice di dimensioni nanometriche (cio?, dimensioni inferiori ad un micrometro, ?m) generalmente aggregate a formare particelle secondarie di dimensioni micrometriche. Questo materiale ? anche noto nella tecnica come ?silice colloidale? o ?fumed silica?; l?ultimo nome deriva dal metodo di produzione pi? comune, che consiste nella combustione di vapori di tetracloruro di silicio, SiCl4, con ossigeno, in apposite camere. Vista la destinazione d?uso dei prodotti della presente invenzione (contatto con alimenti), la silice nanometrica deve avere una purezza non inferiore a 99,5%; anche questa caratteristica ? garantita dalla fumed silica ottenuta per combustione come sopra descritto. La silice nanometrica ? di ampia disponibilit? commerciale ed ? venduta per esempio dalla societ? Evonik Resource Efficiency GmbH di Essen (Germania) con il nome AEROSIL<? >(per esempio, il prodotto AEROSIL<? >OX 50), oppure dalla societ? Cabot Corporation di Boston, Massachusetts (USA) con il nome Cab-O-Sil<?>. La concentrazione della sospensione di silice in acqua pu? variare tra 10% e 70%, preferibilmente tra 10 e 65%, e ancor pi? preferibilmente tra 20 e 40% in peso. Per ottenere una sospensione omogenea, la silice nanometrica viene aggiunta all?acqua sotto agitazione meccanica, ad esempio con un miscelatore della serie Ultra-Turrax<? >(prodotto e venduto dalla societ? IKA<?>-Werke GmbH & Co. KG, Staufen, Germania) o dispositivi simili.
La seconda soluzione primaria ? una soluzione acquosa di un tetraalcossisilano idrolizzato. I tetraalcossisilani sono composti di formula generale Si(OR)4, in cui R ? un radicale alchilico. Per gli scopi della presente invenzione, R ? un radicale alchilico C1-C4, preferibilmente metile e ancor pi? preferibilmente etile; i tetraalcossisilani corrispondenti a questi radicali alchilici sono rispettivamente il tetrametossisilano, noto anche con l?abbreviazione TMOS, e tetraetossisilano, noto anche con l?abbreviazione TEOS. La concentrazione di tetraalcossisilano in questa soluzione ? compresa tra 10 e 20% molare; nel caso preferito di impiego di TEOS, queste concentrazioni molari corrispondono a concentrazioni comprese tra 56% e 74% in peso. Prima della miscelazione con le altre due soluzioni primarie, il tetraalcossisilano viene idrolizzato portando la soluzione ad un pH basico, compreso tra 9 e 14 e preferibilmente tra 9 e 10; preferibilmente, questo valore di pH viene ottenuto per aggiunta alla soluzione di NaOH o KOH.
Infine, la terza soluzione primaria ? una soluzione acquosa di un alchiltrialcossisilano idrolizzato. Gli alchil-trialcossisilani sono composti di formula generale R?-Si(OR?)3, in cui R? e R?, uguali o differenti tra loro, sono radicali alchilici C1-C4; preferibilmente R? ? un radicale C1-C3, e ancor pi? preferibilmente ? metile (C1). Un composto preferito per gli scopi della presente invenzione ? l?alchil-trialcossisilano in cui ? R? = metile e R? = etile, cio? il composto metiltrietossisilano noto nel settore con l?abbreviazione MTES. La concentrazione di alchil-trialcossisilano in questa soluzione ? compresa tra 30 e 50% molare; nel caso preferito di impiego di MTES, queste concentrazioni molari corrispondono a concentrazioni comprese tra 80% e 90% in peso. Prima della miscelazione con le altre due soluzioni primarie, l?alchil-trialcossisilano viene idrolizzato portando la soluzione ad un pH acido, compreso tra 1 e 3, per aggiunta di un acido inorganico, per esempio HCl o HNO3.
Una volta preparate, le tre soluzioni primarie vengono miscelate nel rapporto adatto ad ottenere la composizione desiderata negli intervalli sopra indicati, cio? tra 5 e 20% in peso di silice nanometrica, tra 15 e 25% in peso di un tetraalcossisilano idrolizzato e tra 25 e 40% in peso di un alchil-trialcossisilano idrolizzato. Preferibilmente, nella soluzione cos? preparata si hanno i seguenti rapporti molari:
(tetraalcossisilano alchil-trialcossisilano)/SiO2: rapporto compreso tra 1 e 2, ancor pi? preferibilmente tra 1,5 e 1,7;
(tetraalcossisilano alchil-trialcossisilano)/H2O: rapporto compreso fra 0,05 e 0,1. Alla soluzione del punto a.1, preparata come sopra descritto, ? possibile aggiungere opzionalmente uno o pi? dei componenti a.2-a.4.
Il componente a.2 ? un alcol con un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 6, oppure una miscela di questi alcoli. Questo componente, quando impiegato, pu? essere aggiunto in quantit? comprese tra 10 e 50%, preferibilmente tra 15 e 30%, del peso complessivo della soluzione di trattamento. L?aggiunta del componente a.2 consente di velocizzare l?asciugatura della soluzione di trattamento sul supporto cartaceo. Inoltre, questo componente permette di intervenire sulla viscosit? della soluzione di trattamento, che diminuisce all?aumentare della quantit? di componente alcolica; questo consente all?operatore di avere un parametro di controllo in pi? per ottimizzare le caratteristiche del prodotto in funzione del metodo di distribuzione sulla carta, oppure del tipo di carta (con grana pi? o meno ?chiusa?, cio? con fibre pi? o meno ravvicinate).
Il componente a.3 ? una base scelta tra NaOH e KOH. Questo componente, quando presente, viene aggiunto alla soluzione di trattamento per aumentare il suo pH iniziale, normalmente compreso tra 2,3 e 2,5, fino ad un valore massimo di 5,5, preferibilmente fino ad un valore di 4,5. ? importante non superare il valore di 5,5, in quanto si andrebbe ad accelerare il fenomeno di trasformazione in gel della soluzione di trattamento, compromettendo la possibilit? di distribuirla sulla superficie della carta. Nel caso la base sia impiegata in forma di una soluzione 1 M, il controllo del pH in questo intervallo di valori si ottiene con l?aggiunta di soluzione di base in una quantit? compresa tra 0,20 e 0,50, preferibilmente tra 0,30 e 0,45%, rispetto al peso della soluzione di trattamento. Il componente a.3 consente di diminuire il tempo richiesto per l?asciugatura della soluzione di trattamento una volta distribuita sul supporto cartaceo.
Infine, il componente a.4 viene aggiunto quando si desidera impartire una colorazione alla soluzione di trattamento (e quindi alla carta trattata ottenuta alla fine del processo). Questo componente consiste in glicerina pigmentata con opportuni coloranti, adatti all?uso alimentare; in Europa, i coloranti ammessi per l?uso alimentare sono identificati con una sigla E#, in cui # ? un numero compreso tra 102 e 143. La glicerina da impiegare deve avere grado di purezza non inferiore al 99,5%. Questo componente, quando presente, pu? essere aggiunto alla soluzione di trattamento in quantit? comprese tra 2 e 15%, preferibilmente tra 4 e 10%, in funzione dell?intensit? di colore che si vuole ottenere sul supporto cartaceo.
La glicerina pigmentata pu? essere inglobata all?interno del prodotto seguendo due modalit? operative. Secondo la prima modalit?, la glicerina viene aggiunta nelle soluzioni primarie di tetraalcossisilano e alchil-trialcossisilano impiegate per preparare la soluzione a.1; l?aggiunta della glicerina a queste soluzioni viene effettuata prima di realizzare l?idrolisi delle stesse; questa modalit? consente di disperdere in modo pi? omogeneo la glicerina all?interno della soluzione di trattamento. La seconda modalit? consiste invece nell?aggiungere la glicerina come ultimo passaggio di preparazione della soluzione di trattamento; in questo caso la miscela ottenuta deve essere posta in agitazione per almeno 20 minuti, cos? da permettere la completa dispersione della glicerina nella soluzione; queste seconda modalit? ? adatta alla produzione di soluzioni di trattamento contenenti basse percentuali di glicerina.
La soluzione di trattamento cos? preparata pu? essere distribuita sulla superficie della carta da impermeabilizzare mediante varie tecniche industriali note nel settore della stampa, come per esempio la stampa a rotocalco, la flexografia, la stampa offset, la stampa a lama d?aria e la stampa invertita (quest?ultima pi? comunemente nota come stampa reverse). In alternativa, la soluzione di trattamento pu? essere distribuita sulla superficie della carta con tecniche di spruzzatura.
La soluzione pu? essere distribuita su una sola o su entrambe le superfici della carta, in funzione delle esigenze della specifica applicazione; l?applicazione su entrambe le superfici aumenta le caratteristiche di barriera del prodotto.
La carta utilizzata pu? avere spessori variabili tra 0,03 e 0,45 mm e una grammatura variabile tra 20 e 250 g/m<2>.
Le carte che possono essere trattate nel processo dell?invenzione possono essere kraft (come la normale carta bianca), veline, pergamino, patinate o accoppiate fra loro per formare lo spessore desiderato. In base al tipo di prodotto finito che si vuole ottenere, si pu? valutare l?impiego di carte con fibre disposte pi? o meno ravvicinate; questa caratteristica va a determinare la ?chiusura? della carta, che ? un altro parametro a disposizione dell?operatore per controllare le caratteristiche di impermeabilit? del prodotto finale.
Il trattamento dell?invenzione viene in genere applicato a carte vergini e per lo pi? alimentari, ma si sono ottenuti ottimi risultati anche utilizzando carte non alimentari o riciclate. Le carte riciclate contengono olii/grassi provenienti dagli inchiostri di stampa che non sono quasi mai a uso alimentare; gli inventori hanno osservato che impiegando queste carte nel processo dell?invenzione, oltre ad ottenere i desiderati risultati di impermeabilit? a acqua e oli, si ottiene anche quello di bloccare la fuoriuscita di questi olii e grassi contenuti nella carta stessa verso gli alimenti con cui viene messa a diretto contatto.
La distribuzione o spalmatura mediante macchine di stampa, secondo le diverse tecnologie, consente di applicare in modo uniforme sul supporto cartaceo quantit? comprese tra 10 e 20 g/m<2 >di soluzione, che si sono rivelate quelle utili per ottenere gli scopi desiderati dell?invenzione.
Nel passaggio B) del processo dell?invenzione, la carta trattata con la soluzione del passaggio A) viene sottoposta ad un trattamento termico in uno o pi? forni ad una temperatura compresa tra 100 e 250 ?C, preferibilmente tra circa 120 e 180 ?C.
Il forno o i forni possono essere di qualunque tipo, per esempio forni chiusi e statici in cui pi? fogli di carta trattata vengono inseriti appoggiati su appositi vassoi, preferibilmente fatti di rete metallica per esporre entrambe le superfici della carta (quella libera e quella al contatto col vassoio) all?aria calda. Preferibilmente per?, per aumentare la produttivit? del processo, il forno ? di tipo aperto e la carta lo attraversa per la sua lunghezza. Questa configurazione preferita ? mostrata in modo estremamente schematizzato in Fig. 1. Nel sistema 10 di asciugatura della soluzione depositata nel passaggio A), il foglio di carta 11 viene inizialmente avvolto su un rullo 12, e da questo viene svolta la lunghezza di carta necessaria ad agganciarne l?estremit? ad un secondo rullo 15. Nel sistema il foglio 11 viene trasportato nella direzione delle frecce: il foglio 11 si svolge dal rullo 12 e, muovendosi su guide rotanti 13, 13?, ?, attraversa il forno aperto 14 e si riavvolge asciutto a valle di questo sul rullo 15. I mezzi di riscaldamento nel forno 14, non mostrati in figura, possono essere resistenze, lampade ad infrarossi, o ogni altro mezzo riscaldante utile. Il movimento del foglio 11 nel sistema 10 pu? essere dovuto solo alla trazione esercitata dal rullo 15; preferibilmente per?, per evitare il rischio di rotture del foglio, entrambi i rulli 12 e 15 sono messi in rotazione intorno al loro asse da mezzi meccanici, e la velocit? di rotazione dei due rulli varia durante il movimento della carta nel sistema, sotto controllo di un sistema differenziale, per assicurare che la velocit? lineare con cui il foglio 11 si svolge dal rullo 12 sia sempre uguale a quella con cui si riavvolge sul rullo 15; non ? necessario per? che questa velocit? sia costante durante tutto il processo, e potrebbe essere regolata durante lo stesso in funzione del grado di asciugatura osservato in uscita dal forno.
La temperatura all?interno del forno non ? necessariamente costante, ed ? preferibile adottare un profilo termico crescente nel forno, per esempio una temperatura di 120 ?C in corrispondenza dell?entrata del forno e di 180 ?C in corrispondenza dell?uscita. Per una produzione industriale che dia luogo a costi sostenibili del prodotto, la velocit? di trasporto della carta nel sistema deve essere di almeno 100 m al minuto; gli inventori hanno osservato che in queste condizioni preferite, con un forno aperto come sopra definito con profilo termico da 120 a 180 ?C dall?entrata all?uscita, la lunghezza del forno deve essere di almeno 15 m.
Nel suo secondo aspetto l?invenzione riguarda la carta impermeabilizzata ottenuta tramite il processo sopra descritto.
La carta trattata presenta sulla sua superficie uno strato sottile di materiale siliceo di spessore nanometrico, che non altera l?aspetto della carta ma la rende resistente al passaggio di liquidi, grassi e gas.
Una misura della resistenza al passaggio di liquidi, sia acqua (e fasi liquide a base acquosa) che oli, ? data dalla idrofobicit? e oleofobicit? della carta trattata, che possono essere valutate con misure di angolo di contatto. L?angolo di contatto, indicato con il simbolo ?c, ? l?angolo definito dalla tangente della superficie di una goccia di liquido nel punto di contatto con la superficie da valutare; questo angolo viene misurato tra detta tangente e la superficie solida nella sua parte in contatto col liquido. Nel caso dell?acqua, una superficie si dice idrofobica, o anche idrorepellente, quando una goccia di liquido su di essa forma un angolo di contatto ?c superiore a 90?; se tale angolo ? superiore ai 150? la superficie ? detta superidrofobica. Analogamente, superfici su cui liquidi oleosi formano angoli di contatto superiori a 90? si definiscono oleofobiche. Gli inventori hanno osservato che campioni di carta trattati con il processo dell?invenzione sono sia idrofobici che oleofobici; queste caratteristiche impediscono che i liquidi (acquosi, oleosi o con componente alcolica) possano essere assorbiti tra le fibre della carta per imbibizione e iniziare cos? il processo di attraversamento della stessa.
La carta ottenuta col processo dell?invenzione ? quindi in grado di resistere all?acqua e all?olio, ed ? stato osservato che migliora anche l?effetto barriera all?ossigeno e al vapor d?acqua che, con particolari tipi di carta, arrivano a valori molto simili a quelli della plastica.
L?invenzione sopra descritta verr? ulteriormente illustrata dai seguenti esempi.
METODI, STRUMENTI E MATERIALI
I prodotti ottenuti sono stati caratterizzati mediante le seguenti analisi:
- microscopia con microscopio elettronico a scansione (SEM) per valutare visivamente la carta ottenuta dopo trattamento con il processo dell?invenzione; lo strumento utilizzato ? un SEM di marca Zeiss LEO modello 1525;
- spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FT-IR), per lo studio della composizione dei prodotti di partenza e di quelli ottenuti dopo il trattamento dell?invenzione; lo strumento utilizzato ? uno spettrofotometro IR Varian FT-IR modello 640.
ESEMPIO 1
Questo esempio ? relativo alla preparazione di un campione di carta trattato secondo il processo dell?invenzione.
Sono state preparate separatamente tre soluzioni primarie di silice nanometrica, di un tetraalcossisilano e di un alchil-trialcossisilano.
La prima soluzione primaria era una soluzione al 30% in peso di silice nanometrica in acqua, ottenuta aggiungendo 300 g di silice Aerosil<? >OX 50 di Evonik Resource Efficiency a 700 ml di acqua distillata, e omogeneizzando la sospensione ottenuta tramite un miscelatore Ultra-Turrax<?>.
La seconda soluzione primaria ? stata ottenuta miscelando 670 g di tetraetossisilano (TEOS) e 330 ml di acqua distillata, agitando la soluzione con agitatore meccanico per renderla omogenea, portando il pH a 10 con l?aggiunta di NaOH e lasciando reagire il sistema per 8 ore.
La terza soluzione primaria ? stata preparata aggiungendo 870 g di metiltrietossisilano (MTES) a 130 g di acqua distillata, agitando la soluzione con agitatore meccanico per renderla omogenea, portando il pH a 1 con l?aggiunta di HCl e lasciando reagire il sistema per 8 ore.
Le tre soluzioni primarie cos? ottenute sono state mescolate tra di loro, ottenendo una soluzione di trattamento contenente:
- SiO2: 10%;
- TEOS: 22,3%;
- MTES: 29%;
- acqua: 38,7%.
Ai fini dell?esecuzione della prova di questo Esempio, ? stato impiegato un cartoncino di spessore 2,55 mm e peso 970 g/m<2>, superiori ai valori della carta per impieghi di imballaggio alimentare; i risultati ottenuti con questo cartoncino sono comunque trasferibili alla carta di spessore massimo 0,45 mm.
Una parte della soluzione di trattamento preparata come sopra descritto ? stata distribuita con sistema a rullo su entrambi i lati di un campione del cartoncino sopra citato avente dimensioni laterali 18 x 20 cm. La ricopertura ottenuta ? stata di 5 g/m<2 >di prodotto secco (cio? dopo evaporazione di acqua ed alcoli formati nell?idrolisi di TEOS e MTES in seguito a trattamento di asciugatura).
Il campione di cartoncino cos? trattato ? stato asciugato con un trattamento termico di 3 minuti a 160 ?C in forno statico (stufa da laboratorio).
ESEMPIO 2
Il campione di cartoncino ottenuto nell?Esempio 1 ? stato sottoposto a caratterizzazioni morfologica, IR e di idrorepellenza e oliorepellenza.
La caratterizzazione morfologica ? stata effettuata con analisi al SEM. Si sono ottenute le microfotografie riportate in Fig. 2, ad ingrandimento inferiore, e in Fig. 3, che riproduce due microfotografie dello stesso campione a ingrandimento superiore. Le microfotografie mostrano che le aperture tra le fibre di cellulosa del cartoncino, di dimensioni nell?ordine delle decine di micrometri, non sono completamente occluse dal rivestimento siliceo, confermando che quest?ultimo ha dimensioni nanometriche.
Sono state effettuate analisi FT-IR sul cartoncino usato nell?Esempio 1, prima del trattamento e dopo il trattamento; i due spettri ottenuti sono risultati del tutto analoghi, tranne per la presenza di un picco tra circa 1200 e 1300 cm<-1 >attribuibile alla specie SiO2, e un picco tra circa 700 e 800 cm<-1 >attribuibile al legame Si-CH3 introdotto nel sistema tramite il MTES.
Infine, la Fig. 4 riproduce due fotografie, ottenute a diversa angolazione, del campione di cartoncino ottenuto dopo il trattamento dell?Esempio 1; in particolare, la fotografia nella parte superiore della figura ? stata ottenuta da un angolo pi? vicino alla perpendicolare alla superficie del cartoncino, mentre la fotografia nella parte inferiore della figura ? stata ottenuta con un angolo pi? inclinato; in entrambe le fotografie, le gocce sulla sinistra sono di acqua, mentre le gocce sulla destra sono di olio alimentare. Le due fotografie mostrano che acqua e olio non bagnano il campione, confermando le caratteristiche di idrofobicit? e oleofobicit? di quest?ultimo.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Processo per il trattamento della carta che la rende impermeabile a liquidi e gas, che consiste in:
A) trattare superficialmente la carta con una soluzione di trattamento comprendente:
a.1) dal 35% al 100% in peso di una soluzione acquosa contenente tra 5% e 20% in peso di silice nanometrica, tra 15% e 25% in peso di un tetraalcossisilano idrolizzato e tra 25% e 40% in peso di un alchil-trialcossisilano idrolizzato; e opzionalmente uno o pi? altri componenti scelti tra:
a.2) tra 10% e 50% in peso di un alcol C1-C6 o una loro miscela;
a.3) una base scelta tra NaOH e KOH in quantit? tale da regolare il pH nell?intervallo tra 2,3 e 4,5; e
a.4) tra 2% e 15% in peso di glicerina pigmentata con un colorante ammesso per l?uso alimentare;
B) sottoporre la carta trattata con la soluzione di trattamento del passaggio A) ad un trattamento termico ad una temperatura compresa tra 100 e 250 ?C.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la soluzione acquosa del punto a.1 viene ottenuta miscelando:
- una prima sospensione primaria di silice nanometrica in acqua ad una concentrazione compresa tra 10% e 70% in peso, in cui la silice ha purezza non inferiore a 99,5%;
- una seconda soluzione primaria di un tetraalcossisilano idrolizzato in acqua avente concentrazione molare compresa tra 10% e 20%, in cui il tetraalcossisilano prima dell?idrolisi ha formula generale Si(OR)4, in cui R ? un radicale alchilico C1-C4, e in cui l?idrolisi del tetraalcossisilano viene realizzata portando la soluzione ad un pH compreso tra 9 e 14;
- una terza soluzione primaria di un alchil-trialcossisilano idrolizzato in acqua avente concentrazione molare compresa tra 30% e 50%, in cui l?alchiltrialcossisilano prima dell?idrolisi ha formula generale R?-Si(OR?)3, in cui R? e R?, uguali o differenti tra loro, sono radicali alchilici C1-C4, e in cui l?idrolisi dell?alchil-trialcossisilano viene realizzata portando la soluzione ad un pH compreso tra 1 e 3.
3. Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni 1 o 2, in cui nella soluzione acquosa del punto a.1 il rapporto molare (tetraalcossisilano alchiltrialcossisilano)/silice ? compreso tra 1 e 2 e il rapporto molare (tetraalcossisilano alchil-trialcossisilano)/acqua ? compreso tra 0,05 e 0,1.
4. Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto tetraalcossisilano ? scelto tra tetrametossisilano (TMOS) e tetraetossisilano (TEOS), e detto alchil-trialcossisilano ? metiltrietossisilano (MTES).
5. Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la glicerina pigmentata del punto a.4 viene aggiunta ad una delle tre sospensioni o soluzioni primarie impiegate per la preparazione della soluzione acquosa del punto a.1, oppure viene aggiunta alla fine della preparazione della soluzione di trattamento.
6. Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui nel passaggio A) il trattamento superficiale della carta con la soluzione di trattamento viene realizzato con una tecnica scelta tra stampa a rotocalco, flexografia, stampa offset, stampa a lama d?aria, stampa invertita e tecniche di spruzzatura.
7. Processo secondo la rivendicazione 6, in cui vengono trattate una sola o su entrambe le superfici della carta, la carta ha uno spessore compreso tra 0,03 e 0,45 mm e una grammatura compresa tra 20 e 250 g/m<2>, e sulla superficie della carta si applica una quantit? compresa tra 10 e 20 g/m<2 >di soluzione di trattamento.
8. Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui nel passaggio B) del processo la carta trattata con la soluzione del passaggio A) viene sottoposta ad un trattamento termico in uno o pi? forni ad una temperatura compresa tra 100 e 250 ?C.
9. Processo secondo la rivendicazione 8, in cui detto trattamento termico viene realizzato con un forno di tipo aperto (14) che viene attraversato per la sua lunghezza dalla carta trattata (11) con la soluzione del passaggio A), e in cui la temperatura in corrispondenza all?ingresso del forno ? inferiore alla temperatura in corrispondenza all?uscita del forno.
10. Carta impermeabile ad acqua, liquidi con componente alcolica e oli e con effetto barriera per gas e vapori ottenuta col processo di una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 9.
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