ITMI982208A1 - Foglia poliestere espansa compostabile - Google Patents

Description

La presente invenzione riguarda una foglia espansa in resina poliestere, riciclabile, termosaldabile ed eventualmente compostabile, adatta alla fabbricazione di contenitori per bevande e alimenti su cui può essere impresso per cordonatura un disegno secondo il quale ricavare per piegatura la forma del contenitore.

L'invenzione comprende inoltre i contenitori ottenuti da detta foglia.

L'invenzione riguarda in particolare una foglia avente proprietà barriera ai gas adatta alla fabbricazione di contenitori per bevande quali succhi di frutta, latte a media conservazione, thè e simili.

I materiali finora impiegati per la preparazione di contenitori per bevande ed alimenti quali succhi di frutta, latte o altro comprendono essenzialmente uno strato funzionale di cartone che conferisce al contenitore proprietà meccaniche, in particolare rigidità e, aderente al cartone, in qualche caso, una sottile foglia di alluminio ricoperta sul lato che viene a contatto con la bevanda o l'alimento da un film polietilenico o di simile materiale polimerico.

I contenitori confezionati con tali materiali multistrato sono compostabili ma difficilmente riciclabili a causa della differente natura chimica dei vari strati. La riciclabilità del materiale formante un contenitore per cibi o bevande è un requisito molto importante sia dal punto di vista dei risparmi che la riciclabilità permetti di ottenere che per l'aspetto ecologico.

La possibilità di disporre di una materiale riciclabile che abbia anche la proprietà di essere compostabile è molto sentita nel settore.

Esistono contenitori per bevande e liquidi prodotti in materiali polimerici che però non presentano caratteristiche di rigidità paragonabili a quelle del cartone per cui non risultano adatti a produrre contenitori rigidi. I contenitori ottenibili con tali materiali rientrano nella categoria dei sacchetti (pouches). Dalla letteratura brevettuale (USP 5,000,991) sono noti laminati utilizzati per la preparazione per termoformatura di contenitori per vivande formati da una foglia in materiale poliestere espanso e da un film della stessa natura della foglia oppure di altro materiale polimerico. Da EB-A-836937 sono noti laminati semi-rigidi aventi spessore da 0.5 a 1.5 mm comprendenti uno strato in resina poliestere espansa avente densità da 0.7 a 1 g/cm<3 >su cui è fatto aderire uno strato avente proprietà di barriera ai gas, in materiale polimerico differente da quello dello strato in poliestere espanso.

I laminati vengono utilizzati per la preparazione per termoformatura di articoli per l'imballaggio. I contenitori o articoli termoformati descritti nei brevetti sopra citati non sono compostabili.

Non sono noti in letteratura materiali comprendenti uno strato in materiale polimerico espanso in grado di essere cordonati a formare per piegatura secondo il disegno impresso sul materiale la forma di un contenitore.

La capacità di un materiale polimerico espanso mono o multistrato di essere cordonato secondo un disegno atto a sviluppare per piegatura la forma di un contenitore e la piegabilità del materiale secondo detto disegno costituiscono requisiti indispensabili per la fabbricazione di contenitori per bevande e alimenti con la tecnica della cordonatura e piegatura.

Un materiale è cordonabile se il disegno su di esso impresso rimane stabile nel tempo e se nello imprimere tale disegno non si verificano rotture tali da pregiudicare la possibilità di piegatura del materiale.

II materiale inoltre deve essere termosaldabile al line di poter realizzare la chiusura del contenitore.

Si è ora inaspettatamente trovato un materiale in resina poliestere espansa, adatto alla fabbricazione di contenitori per bevande e alimenti che risponde ai requisiti sopra menzionati di riciclabilità, cordonabilità, termosaldabilità ed eventualmente compostabilità e che presenta una rigidità sufficiente a sostituire il cartone.

Il materiale espanso dell' invenzione comprende come elemento essenziale una foglia espasa sostanzialmente amorfa (cristallinità inferiore a 5%) avente velocità di cristallizzazione tale che per riscaldamento a 120°C per 5 minuti la cristallinità della foglia non raggiunge valori superiori a 15%, preferibilmente non superiori a 10%, ottenuta da una resina poliestere aromatica addizionate con 10-35% in peso di una resina poliestere alifatica biodegradabile, detta resina essendo stata sottoposta a reazione di poliaddizione allo stato solido in presenza di una dianidride di un acido tetracarbossilico preferibilmente aromatico.

L'anidride piromellitica è la dianidride preferita e viene impiegata, analogamente alle altre dianidridi, in quantità da 0.05 a 2% in peso sulla quantità totale della resina.

La reazione di poliaddizione allo stato solido viene condotta a temperatura da ca. 150 a 220 °C per tempi e con concentrazione di dianidride sufficienti ad ottenere valori di viscosità intrinseca della resina superiori a 0.7 dl/g (viscosità misurata a 25° C in una miscela 60/40 in peso di fenolo e tetracloroetano) e valori di melt strength sufficientemente alti da permettere la schiumatura (foaming) della resina.

La viscosità intrinseca è in genere compresa tra 0.8 e 1.2 dl/g.

Valori di melt strength adatti sono superiori a 8 centinewton, preferibilmente superiori a 20 centinewton.

La misura della melt strength viene condotta impiegando un reometro capillate Geottferd secondo il metodo descritto in USP 5,422,381 la cui descrizione viene qui inglobata mediante citazione.

La resina poliestere aromatica preferibilmente utilizzata per la preparazione della foglia espansa è un copolietilentereftalato in cui da ca. 2 a 20% in moli di unità da acido tereftalico sono sostituite da unità derivanti da acido isoftalico e/o naftalindicarbossilico.

Preferibilmente il copolietilentereftalato comprende da 4 a 10% di unità di acido isoftalico e/o naftalindicarbossilico.

La resina poliestere alifatica è ottenuta per policondensazione di un idrossiacido con 2-22 atomi di carbonio o da un suo lattone o lattide o per policondensazione di un acido bicarbossilico alifatico con 2-22 atomi di carbonio con un diolo alifatico o aromatico con 2-22 atomi di carbonio. Il policaprolattone è un poliestere preferito. I poliesteri sopra indicati hanno la caratteristica di essere biodegradabili.

Sono pure utilizzabili copoliesteri alifatici-aromatici, alifatici-ammidi, alifatici-eteri, alifatici-uretani, in cui le unità e/o sequenze alifatiche derivano dagli acidi più sopra menzionati.

Un esempio di questi copoliesteri sono i copolimeri ottenibili da acido tereftalico, glicole butilenico e acido adipico.

Al fine di migliorare le proprietà di barriera ai gas della foglia espansa la stessa può essere ricoperta con un film in resina poliestere o altro materiale avente proprietà di barriera ai gas.

Nel caso in cui la foglia venga rivestita con un film poliestere, le proprietà barriera di quest'ultimo vengono conferite sottoponendo il film a trattamenti superficiali conferenti proprietà barriera o depositando materiali con proprietà barriera quali l'alluminio e gli ossidi di alluminio e silicio (AL, O3 e SiO ).

Un trattamento superficiale rappresentativo è la laccatura del film con uno strato di polisilicato di litio o potassio. Il trattamento permette di realizzare velocità di trasmissione dell'ossigeno molto basse che possono arrivare a 0.3 mL/m<2>/24h/atm, o meno.

La deposizione di strati di alluminio e di ossidi di Al e/o Si viene effettuata secondo metodi noti.

I trattamenti superficiali e il deposito di materiali barriera vengono scelti e condotti in modo da conferire al film poliestere proprietà di permeabilità all'ossigeno inferiori in genere a 70 ml/m<2>/24h/atm (norma ASTM 1434). Nel caso del film metallizzato con Al o ricoperto con ossidi di Al e/o Si, la velocità di permeazione dell'ossigeno può scendere a valori inferiori a 0.3 ml/m<2>/24h/atm. Valori inferiori a 10 ml/m<2>/24h/atm sono preferiti.

Film poliestere metallizzati con alluminio sono reperibili sul mercato sotto il nome Nu Roll della Nurol S.p.A. (Nu Roll è un marchio registrato della Nurol).

Nel caso della foglia su cui viene fatto aderire un film con proprietà barriera, la faccia non trattata di questo film è quella che nel contenitore verrà a contatto con la bevanda o l'alimento.

E’ anche possibile, e ciò in funzione delle varie esigenze, quali ad esempio la stampa con inchiostri o altro, impiegare un film rispondente a tali esigenze come strato esterno mentre la foglia espansa su cui è fatto aderire il film costituisce Io strato interno.

L'adesione del film con proprietà barriera o altro film alla foglia espansa viene realizzata secondo metodi noti per incollatura o laminazione a caldo o per coestruzione.

La foglia espansa dell'invenzione ha spessore compreso tra 0.2 e 3 mm, più preferibilmente tra 0.2 e 1.5 mm. La densità della foglia è inferiore a 700 kg/m<3 >ed è preferibilmente compresa tra 10 e 500 kg/m<3>, più preferibilmente tra 100 e 200 kg/m<3>.

La preparazione della foglia viene effettuata secondo metodi di estrusioneespansione di tipo noto.

Un metodo preferito è quello descritto in USP 5,362,763, la cui descrizione viene qui inglobata mediante citazione.

La rigidità della foglia espansa è in funzione dello spessore della stessa: cresce (non proporzionalmente) con lo spessore. L'uso di cariche inorganiche rinforzanti (utilizzabili fino a ca. 20% in peso) permette di aumentate la rigidità della foglia. Esempi di cariche sono silice, allumina, biossido di titanio, carbonato di calcio e simili.

La confezione dei contenitori viene realizzata secondo metodi noti mediante piegatura secondo un disegno impresso per cordona tura sulla foglia.

1 contenitori possono avere forma e volume diversi in funzione degi impieghi. Possono essere utilizzate forma cubiche, parallelopipede o a piramide. In genere il volume dei contenitori per bevande e succhi di frutta è tra 0.2 e 2 litri.

La resina poliestere aromatica utilizzata per la preparazione della foglia espansa è ottenibile per policondensazione di un acido bicarbossilico aromatico con un diolo con 2-12 atomi di carbonio quale ad esempio glicole etilenico, 1 ,4-butandiolo e 1,4 cicloesondimetilolo. E' di preferenza scelta tra i copolimeri polietilentereftalici in cui fino a 20% in moli di unità derivanti dall'acido tereftalico sono sostituite da unità derivanti da acido isoftalico e/o un acido naftalendicarbossilico.

I seguenti esempi vengono forniti a titolo illustrativo ma non limitativo dell’invenzione.

ESEMPIO 1.

Una foglia espansa ricavata da bobina (la foglia è stata ottenuta per estrusione-espansione di copolietilentereftalato contenente 4% di unità da acido isoftalico, addizionato con 10% in peso di policaprolattone UC PCL 787 della Union Carbide, che è stato sottoposto a poliaddizione allo stato solido a 180°C fmo ad ottenere una viscosità intrinseca di 0.85 dl/g) avente spessore di 0.7 mm, densità 180 kg/m<3>, e velocità di cristallizzazione tale che per riscaldamento a 120°C la cristallinità non raggiunge valori superiori a 15%, viene cordonata secondo un disegno atto a sviluppare per piegatura un contenitore di forma parallelepipeda.

La foglia cordonata viene utilizzata per la preparazione di contenitori per latte a media conservazione e per succhi di frutta.

I contenitori vengono chiusi per termosaldatura. La chiusura è a tenuta stagna, facilmente apribile a strappo, taglio o altri metodi. I contenitori sottoposti a compostazione nelle condizioni normalmente impiegate nei processi di compostaggio risultano essere compostabili.

ESEMPIO 2.

Una foglia in PET espanso avente le caratteristiche riportate nell’esempio 1 viene fatta aderire mediante incollatura con colla compatibile con la riciclabilità del contenitore ad un film metallizzato Nu Roll di spessore di 15 micron della Nurol S.p.A.

La foglia viene utilizzata per la confezione di contenitori per liquidi.

Claims (18)

1. Rivendicazioni 1. Materiale riciclabile, termosaldabile, cordonarle ed eventualmente compostabile, adatto alla confezione di contenitori per bevande e alimenti, comprendente come elemento essenziale una foglia espansa, sostanzialmente amorfa, avente densità inferiore a 700 kg/m<3 >e velocità di cristallizzazione per riscaldamento a 120°C per 5 minuti tale che la cristallinità non raggiunge valori superiori a 15%, ottenuta da una resina poliestere aromatica in miscela con 10-35% in peso con una resina poliestere alifatica biodegradabile, detta resina poliestere essendo stata sottoposta a poliaddizione allo stato solido in presenza di una dianidride di un acido tetracarbossilico fino ad ottenere una viscosità intrinseca superiore a 0.7 dl/g e una melt strength superiore a 8 centinewton.
2. 2. Materiale secondo la rivendicazione 1, in cui la foglia è ottenuta da un copolietilentereftalato contenente da 2 a 20% in moli di unità derivanti da acido isoftalico e/o naftalindicarbossilico.
3. 3. Materiale secondo le rivendicazioni 1 e 2, in cui la resina poliestere alifatica è ottenuta per policondensazione di un idrossiacido alifatico con 2-22 atomi di carbonio o da un suo lattone o Iattide o da un acido bicarbossilico alifatico con 2-22 atomi di carbonio con un diolo con 2-22 atomi di carbonio.
4. 4. Materiale secondo le rivendicazioni 1-3 precedenti, in cui la resina poliestere alifatica è scelta tra policaprolattone ed i copolimeri alifatici-aromatici ottenuti da acido tereftalico, acido adipico e butilenglicole.
5. 5. Materiale secondo le rivendicazioni 1-4 precedenti in cui la dianidride è la dianidride piromellitica.
6. 6. Materiale secondo le rivendicazioni 1-5 precedenti, in cui alla foglia espansa viene fatto aderire un film poliestere con velocità di permeazione dell'ossigeno inferiori a 70 ml/m<2>/24h/atm (misura secondo ASTM 1434).
7. 7. Materiale secondo la rivendicazione 6 precedente, in cui il film poliestere è metallizzato con alluminio o ricoperto con uno strato di ossidi di alluminio o silicio o con polisilicati di litio o potassio.
8. 8. Materiale secondo le rivendicazioni 6-7 precedenti, in cui il film con proprietà barriera ai gas è reso aderente alla foglia espansa mediante l'uso di colle o mediante laminazione a caldo.
9. 9. Materiale secondo le rivendicazioni 1-8 precedenti, in cui la foglia esapnsa ha densità compresa tra 10 e 500 kg/m<3>.
10. 10. Materiale secondo le rivendicazioni 1-9 precedenti in cui la foglia espansa ha densità compresa tra 100 e 200 kg/m<3>.
11. 11. Materiale secondo le rivendicazioni 1-10 precedenti avente spessore da 0.2 a 3 mm.
12. 12. Materiale secondo la rivendicazione 11 avente spessore da 0.2 a 1.5 mm.
13. 13. Materiale secondo le rivendicazioni 1-12 precedenti in cui la foglia comprende una carica rinforzante inorganica.
14. 14. Materiale secondo le rivendicazioni 1-13 in cui la carica è scelta tra silice, allumina, biossido di titanio e carbonato di calcio.
15. 15. Contenitori per bevande o alimenti fabbricati utilizzando il maeriale delle rivendicazioni 1-14 precedenti.
16. 16. Contenitori secondo la rivendicazione 15, in cui la chiusura viene realizzata per termosaldatura.
17. 17. Contenitori per succhi di frutta o per latte sterilizzato fabbricati utilizzando il materiale delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui la foglia è fatta aderire ad un film in grado di conferire proprietà barriera all'ossigeno corrispondenti a valori della velocità di permeazione inferiori a 70 ml/m<2>/24h/atm.
18. 18. Contenitori secondo la rivendicazione 17 precedente in cui il film fatto aderire alla foglia presenta velocità di permeazione dell'ossigeno inferiori a 10 ml/m<2>/24h/atm.