MX2011010279A - Depuracion de oxigeno. - Google Patents

Depuracion de oxigeno.

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Christine Leeming
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Abstract

Una tapa 40 incluye un cuerpo 42 con una porción roscada 44 para acoplar la tapa con un envase, por ejemplo una botella. Dentro de la porción 44 hay un revestimiento 46 que comprende un dispositivo generador de hidrógeno, en donde el revestimiento incluye una capa 48 que incorpora un hidruro disperso en una matriz polimérica y, en los lados opuestos de la capa 48 se encuentran las capas de PET 50, 52. La capa 50 está adaptada para actuar como capa de control para controlar la velocidad del pasaje de vapor de agua desde la bebida en el envase hacia la capa que contiene hidruro 48 y de ese modo controlar la generación de hidrógeno mediante el dispositivo generador de hidrógeno. Durante el uso, el vapor de agua pasa a través de la capa 50 y se pone en contacto con el hidruro asociado a la capa 48 que tiene como resultado la producción de hidrógeno molecular, el cual se combina con oxígeno que puede haber ingresado a un envase con el cual está asociada la tapa 40. Por consiguiente, se produce una reacción entre el hidrógeno y el oxígeno, catalizada por un catalizador asociado al envase para de ese modo depurar el oxígeno.

Description

DEPURACIÓN DE OXÍGENO La presente invención se refiere a la depuración de oxígeno y particularmente, si bien en forma no excluyente, se refiere a la depuración de oxígeno en envases, por ejemplo en envases para alimentos o bebidas.
Los polímeros tales como poli(etilen tereftalato)) (PET, según sus siglas en inglés) son materiales versátiles que gozan de una amplia aplicabilidad en forma de fibras, películas, y estructuras tridimensionales. Una aplicación particularmente importante de los polímeros es para envases, especialmente para alimentos y bebidas. Esta aplicación ha crecido enormemente durante los últimos 20 años, y continúa gozando de una creciente popularidad. A pesar de dicho crecimiento, los polímeros tienen limitaciones esenciales que restringen su aplicabilidad. Una de dichas limitaciones es que todos los polímeros exhiben algún grado de permeabilidad al oxígeno. La capacidad del oxígeno para penetrar a través de polímeros tales como el PET hacia el interior del envase representa un problema significativo, particularmente para alimentos y bebidas que se degradan en presencia de incluso pequeñas cantidades de oxígeno. Para los fines de la presente divulgación, el término permeable significa la difusión de pequeñas moléculas, a través de una matriz polimérica, que migran a cadenas de polímeros individuales, y se diferencia de la dispersión, la cual consiste en el transporte a través de orificios macroscópicos o microscópicos en una estructura de envase.
Además de los alimentos y bebidas, otros productos que resultan afectados por el oxígeno incluyen muchas drogas y sustancias farmacéuticas, así como también un número de sustancias químicas e incluso productos electrónicos. A fin de envasar dichos productos sensibles al oxígeno, los titulares de marcas han confiado históricamente en el uso de envases plásticos o metálicos. Más recientemente, los titulares de marcas han comenzado a envasar sus productos en envases plásticos que incorporan ya sea barreras pasivas al oxígeno y/o depuradores de oxígeno. En general, se ha logrado un mayor éxito utilizando depuradores de oxígeno; sin embargo, los materiales depuradores de oxígeno han padecido hasta ahora un número de inconvenientes. En particular, los depuradores de oxígeno utilizados hasta la fecha se basan en la incorporación de un material sólido oxidable en el envase. Las tecnologías utilizadas incluyen la oxidación de hierro (incorporado ya sea en sachets o en la pared lateral del envase), la oxidación de bisulfito de sodio, o la oxidación de un polímero oxidable (particularmente poli(butadieno) o m-xililenodiamina adipamida). Todas dichas tecnologías padecen lenta velocidad de reacción, capacidad limitada, capacidad limitada para activar la reacción de depuración al momento de llenar el envase, formación de vapor en la pared lateral del envase, y/o decoloración del material de envase. Dichos problemas han limitado el uso de depuradores de oxígeno en general, y son especialmente significativos para los envases plásticos transparentes (tales como PET) y/o cuando el reciclado del plástico se considera importante.
La publicación en trámite N° WO2008/090354A1 divulga un envase que comprende una sustancia activa, la cual se incorpora en el envase y se dispone para reaccionar con la humedad del envase para liberar hidrógeno molecular. Sin embargo, las sustancias activas utilizadas pueden reaccionar muy rápidamente con el agua o desarrollar revestimientos protectores del óxido. A fin de encarar este problema, el documento WO2008/090354A1 dispersa la sustancia activa en una matriz polimérica, la cual se dice que permite la liberación lenta controlada del hidrógeno. Sin embargo, una limitación de este enfoque es que hay una reducción importante en la velocidad de la generación del hidrógeno durante un período de tiempo de 3 meses. Por lo tanto, para mantener una depuración eficaz del oxígeno, el sistema tiene que ser diseñado de forma tal que la velocidad de generación de hidrógeno no descienda por debajo de la velocidad crítica necesaria para depurar todo el oxígeno que ingresa. Esto se logra haciendo que la velocidad inicial de generación de hidrógeno exceda significativamente la necesaria para depurar el oxígeno anticipadamente en la vida útil de almacenamiento.
Asimismo, puede resultar difícil producir combinaciones de material de matriz y sustancias activas sistemáticamente y, por consiguiente, las velocidades de liberación de hidrógeno pueden variar involuntariamente entre los lotes de las combinaciones. En algunos casos, puede resultar difícil lograr una velocidad de liberación deseada en combinación una vida útil de almacenamiento deseada y alojar la combinación de material de matriz/sustancia activa en forma discreta en un envase, por ejemplo en una tapa del mismo. En dichos casos, es necesario utilizar una matriz generadora de hidrógeno que contenga altos niveles de sustancia activa (por ejemplo, hasta 50% de sustancia activa generadora de hidrógeno) si bien, en dichos casos, la velocidad de liberación de hidrógeno sería demasiado alto.
La presente invención se basa en el descubrimiento de que al separar un material generador de hidrógeno de la fuente de vapor de agua utilizando un medio de control, se puede producir una construcción que tiene una relación reducida de modificación de velocidad de generación de hidrógeno a través del tiempo. Por lo tanto, el uso de un medio de control puede aumentar la eficacia del sistema y se puede utilizar ya sea para aumentar la vida útil de almacenamiento o reducir el nivel activo del material generador de hidrógeno (y el costo asociado) necesario para lograr la vida útil de almacenamiento deseada.
Un objetivo de la presente invención consiste en encarar los problemas asociados a la depuración del oxígeno.
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se provee un envase, el cual comprende: (i) un medio generador de hidrógeno, el cual comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular al reaccionar con la humedad; (ii) un medio de control para controlar el pasaje de humedad desde el envase hacia el medio generador de hidrógeno.
Dicho medio de control está preferentemente diseñado para controlar el pasaje de la humedad adecuadamente a fin de reducir la velocidad de generación de hidrógeno mediante dicho medio generador de hidrógeno, en comparación con la velocidad en ausencia de dicho medio de control. En este caso, el medio de control define convenientemente el paso que determina la velocidad del pasaje de la humedad hacia el material activo del medio generador de hidrógeno, en lugar del paso que determina la velocidad definida por otras características del medio generador de hidrógeno, por ejemplo las propiedades de un material de matriz, aquí en adelante descripto, con el cual se puede asociar el material activo.
La comparación de las velocidades mencionadas anteriormente se puede llevar a cabo fácilmente tan solo mediante la provisión de dos envases, los cuales sean idénticos excepto que uno incluya un medio de control como el descripto y el otro envase no incluya dicho medio de control.
La provisión de un medio de control tal como el descripto introduce una flexibilidad sustancial, la cual permite controlar la velocidad de producción de hidrógeno mediante el medio generador de hidrógeno y adaptar el tiempo en el cual se genera el hidrógeno, el cual determina la vida útil de almacenamiento del envase. Por ejemplo, para lograr una larga vida útil de almacenamiento, una cantidad relativamente grande de material activo puede estar asociada a una matriz y al controlar el pasaje de humedad hacia el medio generador de hidrógeno, se controla la velocidad de generación de hidrógeno al igual que la velocidad de consumo del material activo. En comparación, en la ausencia del medio de control, la cantidad relativamente grande de material activo produciría hidrógeno a una velocidad más rápida y se consumiría más rápido significando que el tiempo de vida útil de almacenamiento sería menor.
Dicho medio de control está preferentemente diseñado para controlar una primera relación de evolución, en la cual la primera relación de evolución está definida del siguiente modo: la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un período inicial seleccionado de 5 días la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un segundo período de 5 días que se inicia a los 85 días posteriores al término del período inicial seleccionado Dicha primera relación de evolución es convenientemente menor que 4, preferentemente menor que 3, más preferentemente menor que 2. La relación es convenientemente mayor que 0,5, preferentemente mayor que 0,8, y más preferentemente 1 o mayor.
Dicho período inicial seleccionado de 5 días puede ser de entre 45 días, convenientemente de entre 30 días, 15 días, 10 días o 5 días desde el llenado del envase, por ejemplo con una bebida.
Dicho medio de control está preferentemente diseñado para controlar una segunda relación de evolución, en la cual la segunda relación de evolución está definida del siguiente modo: la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un período inicial seleccionado de 5 días la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un segundo período de 5 días que se inicia luego de 180 días desde el término del segundo período inicial seleccionado Dicha segunda relación de evolución es convenientemente menor que 4, preferentemente menor que 3, más preferentemente menor que 2. La relación es convenientemente mayor que 0,5, preferentemente mayor que 0,8, y más preferentemente 1 o mayor Dicho medio de control está preferentemente diseñado para controlar una tercera relación de evolución, en la cual la tercera relación de evolución está definida del siguiente modo: la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un período inicial seleccionado de 5 días la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un segundo período de 5 días que se inicia luego de 270 días desde el término del período ¡ricial seleccionado Dicha tercera relación de evolución es convenientemente menor que 4, preferentemente menor que 3, más preferentemente menor que 2. La relación es convenientemente mayor que 0,5, preferentemente mayor que 0,8, y más preferentemente 1 o mayor.
Ambas relaciones de evolución, primera y segunda, son aplicables. Preferentemente, se aplica la primera, segunda y tercera relación de evolución.
Convenientemente, la única vía para el pasaje de humedad hacia el medio generador de hidrógeno es mediante dicho medio de control. Dicho medio de control define preferentemente una barrera ininterrumpida entre el medio generador de hidrógeno y una fuente de humedad en el envase.
A menos que se indique lo contrario, la permeabilidad al agua descripta en la presente se mide utilizando la norma ASTM (American Society for Testing Materials Annual Book of Standards) E96, Procedimiento E a 38°C y humedad relativa de 90%.
Dicho medio generador de hidrógeno puede comprender una matriz con la cual dicho material activo está asociado, por ejemplo embutido o preferentemente disperso. Dicha matriz puede comprender un material de "matriz, por ejemplo un material de matriz polimérica, seleccionado en base a la solubilidad de humedad en el polímero a granel y el cual es químicamente inerte al material activo. Los materiales de matriz adecuados tienen una permeabilidad al vapor de agua mayor que 0,2 g.mm/m2.día, convenientemente mayor que 0,4 g.mm/m2.día, preferentemente mayor que 0,6 g.mm/m2.día, más preferentemente mayor que 0,8 g.mm/m2.día, y especialmente mayor que 1 ,0 g.mm/m2.día. Dicho material de matriz puede comprender una combinación que comprende, por ejemplo, por lo menos dos materiales poliméricos.
La permeabilidad al vapor de agua puede ser menor que 5 g.mm/m2.día, menor que 4 g.mm/m2.día o menor que 3 g.mm/m2.día. Los materiales de matriz polimérica adecuados incluyen, pero no se limitan a, etileno vinil acetato, copolímeros de estireno-etileno-butileno (SEBS), Nylon 6, estireno, copolímeros de estireno-acrilato, polibutilen tereftalato, polietileno, polipropileno.
Dicho medio de control es convenientemente seleccionado a fin de que defina el paso que determina la velocidad para el pasaje de la humedad, por ejemplo vapor de agua, desde el envase hacia el material activo. Convenientemente, por lo tanto, la velocidad del pasaje de la humedad a través del medio de control, hacia el medio generador de hidrógeno, es más lento que la velocidad del pasaje del agua a través del medio generador de hidrógeno (por ejemplo, a través de un material de matriz del mismo tal como se describe a continuación).
Preferentemente, para lograr lo anterior, la relación entre la permeabilidad al vapor de agua (g.mm/m2.día) del medio de control y la permeabilidad al vapor de agua de la matriz es 1 o menor, preferentemente 0,75 o menor, más preferentemente 0,5 o menor.
Preferentemente dicho medio de control comprende un material, por ejemplo un material polimérico, el cual tiene una permeabilidad al vapor de agua (g.mm/m2.día) que es menor que la permeabilidad al vapor de agua de dicho material de matriz (preferentemente dicho material de matriz polimérica presente en la mayor cantidad si más de un material de matriz polimérica está incluido en dicha matriz) de dicho medio generador de hidrógeno. La relación entre la permeabilidad al vapor de agua del material, por ejemplo el material polimérico, de dicho medio de control y la permeabilidad al vapor de agua de dicho material de matriz (preferentemente dicho material de matriz polimérica presente en la mayor cantidad si más de un material de matriz polimérica está incluido en dicha matriz) de dicho medio generador de hidrógeno puede ser 1 o menor, preferentemente 0,75 o menor, más preferentemente 0,5 o menor.
Dicho medio de control puede comprender una capa de material, por ejemplo el material polimérico, que tiene una permeabilidad al vapor de agua menor que 2,0 g.mm/m2.día, convenientemente menor que 1 ,5 g.mm/m2.día, preferentemente menor que 0,8 g.mm/m2.día, más preferentemente menor que 0,4 g.mm/m2.día.
Dicho medio de control puede comprender una capa de material polimérico seleccionada entre el grupo integrado por HDPE, PP, LDPE, PET, EVA, SEBS y Nylon (por ejemplo, Nylon-6).
Dicho medio de control puede comprender una capa de material, por ejemplo el material polimérico, que tiene un espesor de por lo menos 0,010mm, preferentemente de por lo menos 0,025mm, más preferentemente de por lo menos 0,045mm. El espesor puede ser menor que 0,5mm, 0,2mm o 0,1 mm.
Se pueden utilizar diversos medios para definir el medio de control que controlará el pasaje de la humedad. En una forma de realización, dicho medio de control puede comprender una única capa de material (por ejemplo, material de lámina) la cual está convenientemente ubicada entre dicho medio generador de hidrógeno y una fuente de humedad en el envase. Dicha única capa de material comprende convenientemente un material polimérico, tal como se indicó anteriormente.
La única capa puede tener un espesor de por lo menos 0,010mm, preferentemente de por lo menos 0,025mm, más preferentemente de por lo menos 0,045mm. El espesor puede ser menor que 0,5mm, 0,2mm o 0,1mm.
El material, por ejemplo el material polimérico del medio de control es convenientemente permeable al hidrógeno y al vapor de agua. Preferentemente, es impermeable a los subproductos del medio generador de hidrógeno, el cual podría migrar hacia el interior del envase.
La cristalinidad del material polimérico puede tener un impacto sobre la permeación a la humedad. Esto se puede explicar mediante la ecuación para la cristalinidad, por la cual: P/Po = (1-c)/(1 +c/2) en donde P= permeación del polímero cristalino, Po = permeación del polímero amorfo y c = cristalinidad de la fracción de volumen.
Cuando el material polimérico comprende PET, el sentido de las cadenas poliméricas puede tener un impacto sobre la permeación, por cuanto para otros materiales poliméricos, por ejemplo, poliolefinas, la permeación es independiente del sentido de las cadenas.
En otra forma de realización, dicho medio de control puede comprender una pluralidad de capas, las cuales están convenientemente yuxtapuestas, por ejemplo a fin de hacer contacto cara a cara. Las capas pueden fijarse, por ejemplo laminarse, entre sí a fin de que, juntas, definan un medio de control unitario, si bien es cierto que comprenden una pluralidad de capas. La pluralidad de capas está conveniente ubicada entre dicho medio generador de hidrógeno y una fuente de humedad en el envase. Preferentemente, la velocidad del pasaje de vapor de agua a través de por lo menos una de las capas es más lento que la velocidad del pasaje de vapor de agua a través de la matriz del medio generador de hidrógeno.
La permeabilidad al vapor de agua de un medio de control que comprende una pluralidad de capas se puede calcular utilizando la siguiente ecuación: pT ^ j ' -I en donde: PT = permeabilidad total ??-? = permeabilidad de capas individuales LT = espesor total del laminado LA-? = espesor de las capas individuales Dicha pluralidad de capas pueden juntar tener un espesor de por lo menos 0,010 mm, preferentemente de por lo menos 0,030 mm, especialmente de por lo menos 0,045 mm. En algunos casos, particularmente en donde la pluralidad de capas incluye una capa compresible, el espesor puede ser mayor que 0,1 mm, mayor que 0,3mm o incluso mayor que 0,5mm. Dicho espesor de dicha pluralidad de capas puede ser menor que 1 mm, convenientemente menor que Ojmm. En una forma de realización, en donde no está incluida una capa compresible, dicho espesor puede ser menor que 0,2mm, preferentemente menor que 0,1 mm.
Cuando dicho medio de control incluye una pluralidad de capas, las capas pueden estar dispuestas para proveer un rango de distintas propiedades. Por ejemplo, una capa expuesta, la cual está dispuesta para estar en contacto con, por ejemplo, un cuello de un envase, en la práctica, puede tener propiedades de superficie, las cuales modifican el torque de apertura de una tapa que incorpora el medio de control. Asimismo, el medio de control puede incluir capas de unión para unir las capas entre sí. Además, se puede proveer una capa de espuma para ajustar la compresibilidad del medio de control.
Dicha pluralidad de capas puede incluir cualquiera de los materiales poliméricos descriptos anteriormente para dicha única capa.
Dicho medio de control, ya sea que comprenda una capa única o una pluralidad de capas, puede ser hidroscópico para fomentar la permeación de la humedad; o puede tener una superficie repelente al agua, por ejemplo recubierta con una resina de silicona o un clorocarburo. El medio de control podría ser permeable al vapor de agua, oxígeno e hidrógeno.
El medio generador de hidrógeno puede estar diseñado para liberar lentamente el hidrógeno molecular dentro del envase durante un período de tiempo prolongado. En presencia de un catalizador adecuado, el hidrógeno molecular reaccionará con cualquier oxígeno presente en el interior del envase o en la pared del envase. Preferentemente, la velocidad de liberación de hidrógeno se ajusta para coincidir con la velocidad de ingreso de oxígeno dentro del envase. Asimismo, es preferible que haya una liberación inicial relativamente rápida de hidrógeno, seguida por una liberación lenta y continua durante un período de meses o incluso años. Asimismo, se prefiere que la liberación sustancial de hidrógeno comience fehacientemente sólo cuando el envase esté lleno. Por último, es preferible que la sustancia que libera hidrógeno no adultere los contenidos del envase.
El envase incluye convenientemente un catalizador para catalizar una reacción entre dicho hidrógeno molecular y el oxígeno molecular. En consecuencia, el oxígeno molecular en dicho envase, el cual pasa, por ejemplo, hacia el interior de dicho envase a través de una pared del mismo, se puede depurar, con agua como subproducto.
Para los fines de la presente divulgación, un envase incluye cualquier envase que rodee un producto y que no contenga ningún orificio microscópico o macroscópico intencional que permita el transporte de pequeñas moléculas entre el interior y el exterior del envase. Dicho envase comprende opcionalmente una tapa. Para los fines de la presente divulgación, un catalizador incluye cualquier sustancia que catalice o promueva una reacción entre el hidrógeno molecular y el oxígeno molecular.
El envase puede incluir una pared lateral construida a partir de una composición que incluye un primer componente de resina polimérica y un segundo componente que comprende un catalizador capaz de catalizar una reacción entre el hidrógeno molecular y el oxígeno molecular. El medio generador de hidrógeno está ubicado preferentemente dentro del envase o cerca de una superficie interior del envase. El medio generador de hidrógeno está ubicado preferentemente en o sobre una tapa de dicho envase.
Cuando el medio generador de hidrógeno incluye un material de matriz con el cual dicho material activo está asociado, la relación entre el peso del material activo y el material de matriz puede ser de por lo menos 0,01 , preferentemente de por lo menos 0,02. Preferentemente, la matriz es una matriz polimérica y dicho material activo está disperso en la misma. En general, una vez que un material activo se dispersa en un polímero, la velocidad de liberación de hidrógeno está limitado por la velocidad de permeación del agua dentro de la matriz polimérica y/o por la solubilidad del agua en la matriz elegida. Por lo tanto, la selección de materiales poliméricos basada en la permeabilidad o solubilidad del agua en el polímero permite controlar la velocidad de liberación del hidrógeno molecular desde los materiales activos. Sin embargo, mediante la selección del medio de control adecuado, el paso que determina la velocidad para la liberación del hidrógeno se puede determinar por las propiedades de dicho medio de control, tal como se describe en la presente.
La matriz polimérica puede incluir por lo menos 1 % en peso de material activo, preferentemente por lo menos 2 % en peso. La matriz polimérica puede incluir menos de 70 % en peso de material activo. Convenientemente, la matriz polimérica incluye 1-60 % en peso, preferentemente 2-40 % en peso de material activo, más preferentemente 4-30 % en peso de material activo. El resto de material en la matriz polimérica puede comprender predominantemente un material polimérico de dichas características.
Dicho material activo puede comprender un metal y/o un hidruro. Dicho metal puede estar seleccionado entre el grupo integrado por sodio, litio, potasio, magnesio, zinc o aluminio. Un hidruro puede ser inorgánico, por ejemplo puede comprender un hidruro metálico o borohidruro; o puede ser orgánico.
Los materiales activos adecuados para la liberación del hidrógeno molecular como consecuencia del contacto con el agua incluyen, pero no se limitan a: metal de sodio, metal de litio, metal de potasio, metal de calcio, hidruro de sodio, hidruro de litio, hidruro de potasio, hidruro de calcio, hidruro de magnesio, borohidruro de sodio, y borohidruro de litio. Mientras se encuentran en estado libre, todas dichas sustancias reaccionan muy rápidamente con agua; sin embargo, una vez que están embutidas en una matriz polimérica, la velocidad de reacción continúa con una vida media medida desde semanas hasta meses.
Otras sustancias activas pueden incluir hidruros orgánicos tales como tetrametil disiloxano e hidruro de trimetil estaño, así como también metales tales como magnesio, zinc, o aluminio. Cuando la velocidad de reacción entre el material activo y el agua es demasiado lenta, puede contemplarse expresamente la adición de catalizadores y/o agentes de hidrólisis. Por ejemplo, la velocidad de hidrólisis de los hidruros de silicona se puede aumentar mediante el uso de iones de iones de hidróxido o de fluoruro, sales de metales de transición, o catalizadores de metales nobles.
Se contempla además que el material activo también puede ser la matriz polimérica. Por ejemplo, los hidruros de silicona polimérica tales como poli(metilhidro)siloxano proveen tanto una matriz polimérica como una sustancia activa capaces de liberar hidrógeno molecular cuando están en contacto con la humedad.
El medio generador de hidrógeno, por ejemplo el material activo, puede estar asociado a un envase de acuerdo con una variedad de formas. Cuando un envase incluye una parte removible, por ejemplo una tapa, éste puede estar convenientemente asociado a la tapa. Una tapa puede estar fijada en forma removible a un cuerpo de envase de modo que se pueda remover y reemplazar, por ejemplo mediante rosca; o puede estar diseñada para poder removerla pero no reemplazarla, por ejemplo cuando comprende una película que está adherida a un cuerpo de envase. En el último caso, la tapa puede comprender una película que comprende un material "sellable" flexible tal como se describe en la presente a continuación. En una forma de realización, un envase puede incluir tanto una tapa de película que puede proveer un cierre aséptico para el envase como una tapa fijada en forma removible, ambas de las cuales pueden incluir independientemente un medio generador de hidrógeno. Luego de remover inicialmente tanto la tapa fijada en forma removible como la cubierta de película, la tapa fijada en forma removible se puede reemplazar y puede generar hidrógeno y, por lo tanto, mejorar la vida útil de almacenamiento de los contenidos del envase.
Cuando la generación de hidrógeno ocurre por la reacción de la sustancia activa con el agua, el inicio de la generación sustancial de hidrógeno sólo ocurrirá cuando el generador de hidrógeno esté ubicado en un entorno que contenga humedad tal como el que se encuentra en la mayoría de los alimentos y bebidas sensibles al oxígeno. Por lo tanto, el inicio de la generación de hidrógeno coincidirá generalmente con el llenado del envase y/o la colocación del generador de hidrógeno dentro o cerca del interior del envase. A fin de evitar o reducir al mínimo la generación de hidrógeno antes de dicho momento, es suficiente reducir al mínimo el contacto del generador de hidrógeno con la humedad. A diferencia de la exclusión del oxígeno molecular, la exclusión de la humedad se logra fácilmente mediante un número de métodos, incluyendo, pero sin limitarse a, el envasado del generador de hidrógeno y/o las estructuras que contienen el generador de hidrógeno en papel metálico, plástico metalizado, o bolsas de poliolefina. Por ejemplo, el envasado a granel de las tapas que contienen el medio generador de hidrógeno en bolsas de polietileno selladas es una forma expeditiva de limitar la generación de hidrógeno antes de la colocación de las tapas individuales sobre los envases. Otro método para limitar el contacto del generador de hidrógeno con la humedad, antes de la colocación de las tapas individuales sobre los envases, consiste en colocar uno o más desecantes dentro del envase con las tapas.
Si bien en las formas de realización preferidas, la fuente de humedad en el envase para iniciar la generación de hidrógeno es un alimento o bebida contenida dentro del envase, otras fuentes de humedad están contempladas. Por ejemplo, un medio generador de humedad distinto del alimento o bebida puede estar asociado al envase. Dicho medio generador de humedad comprende convenientemente un alto nivel de humedad. Dicho medio puede comprender un hidrogel que está asociado a y/o forma parte del envase u otro componente dentro del envase (por ejemplo, una sal hidratada) el cual libera humedad al secarse o en respuesta a otro estímulo, calor, exposición a radiación visible o UV, cambio de presión, radiación de microondas, pH, campo eléctrico, campo magnético, ultrasonido, etc.
La selección de sustancias activas adecuadas para incorporar en una matriz polimérica puede estar basada en un número de criterios incluyendo, pero sin limitarse a, costo por kilogramo, gramos de H2 generados por gramo de sustancia activa, estabilidad térmica y oxidativa de la sustancia activa, toxicidad percibida del material y sus subproductos de reacción, y facilidad de manipulación antes de la incorporación en una matriz polimérica. Entre las sustancias activas adecuadas, el borohidruro de sodio es la sustancia activa ejemplar debido a que está disponible en el comercio, es térmicamente estable, de relativamente bajo costo, tiene un peso molecular equivalente bajo, y produce subproductos inocuos (metaborato de sodio).
Ya que una vez liberado, el hidrógeno molecular se dispersará rápidamente a través de todo el interior del envase y penetrará a través de todas las porciones permeables de las paredes del envase, la ubicación del medio generador de hidrógeno (por ejemplo, matriz polimérica que contiene la sustancia activa) dentro del envase no es crítica. En general, sin embargo, es conveniente ubicar el medio generador de hidrógeno dentro del interior del envase a fin de aumentar al máximo la cantidad de hidrógeno disponible para la depuración del oxígeno y reducir al mínimo la cantidad de generador de hidrógeno necesario para obtener el grado deseado de depuración de oxígeno. Dentro del envase, generalmente se prefiere ubicar el medio generador de hidrógeno en una porción opaca del envase. Por ejemplo, en un envase de bebida fabricado a partir de PET transparente, se prefiere ubicar el medio generador de hidrógeno dentro de la tapa del envase. Generalmente, también se prefiere ubicar el generador de hidrógeno detrás de dicho medio de control del tipo descripto.
En una forma de realización, el generador de hidrógeno se puede incorporar en una película, la cual forma parte de un envase y está diseñada para removerla (y convenientemente para no reemplazarla) y permitir el acceso a los contenidos del envase. La película puede comprender un laminado. Ésta puede incluir una capa, la cual es sustancialmente impermeable al oxígeno, por ejemplo una capa de metal tal como una capa de aluminio. La película puede incluir una capa generadora de hidrógeno, la cual incluye a dicho medio generador de hidrógeno. La distancia entre la capa generadora de hidrógeno y los contenidos del envase es preferentemente menor que la distancia entre dicha capa impermeable de la película y los contenidos del envase. La película puede incluir una capa, la cual define dicho medio de control, en donde la distancia entre la capa que define dicho medio de control y los contenidos del envase es menor que la distancia entre la capa generadora de hidrógeno y los contenidos del envase. La película puede ser una lámina sellable, la cual está adherida a un cuerpo de envase para definir un envase.
Debido a que el hidrógeno generado penetrará a través de las paredes del envase, la cantidad de hidrógeno presente dentro del envase en cualquier momento es mínima. Asimismo, cuanto más rápido se genere hidrógeno, más rápido penetrará; por lo tanto, los aumentos significativos en la velocidad de generación del hidrógeno (desde, por ejemplo, mayores temperaturas de almacenamiento del envase) tendrán como resultado sólo aumentos moderados en la concentración del hidrógeno dentro del envase. Debido a que la permeabilidad del hidrógeno a través de un polímero es mucho mayor que la permeabilidad del oxígeno, la cantidad de hidrógeno en el espacio de aire del envase no puede exceder 4 por ciento en volumen, lo cual está debajo del límite de inflamabilidad para el hidrógeno en el aire. Asimismo, la solubilidad del hidrógeno en alimentos o bebidas es baja; por lo tanto en cualquier momento la mayoría del hidrógeno en el envase estará en el espacio de aire del envase. Por lo tanto, la cantidad de hidrógeno que puede estar presente dentro de un envase puede ser muy pequeña. Por ejemplo, para un envase PET de bebida de 500 mi con un volumen de espacio de aire de 30 mililitros y una velocidad de ingreso de 02 de 0,05 cm3/envase-día, se necesita menos de alrededor de 1 cm3 de hidrógeno dentro del envase a fin de que la velocidad de permeación de H2 sea mayor que la velocidad de ingreso de oxígeno. Asimismo, la velocidad de generación de H2 sólo necesitaría ser de alrededor de 0,1-0,2 cm3/día a fin de que se genere suficiente hidrógeno en una base continua para que reaccione con la mayor parte o con todo el oxígeno que ingresa.
Debido a que sólo se necesita que estén presentes pequeñas cantidades de hidrógeno dentro del envase a fin de lograr altos niveles de depuración del oxígeno, la expansión y contracción del envase a través del tiempo a partir de la presencia (o pérdida) de hidrógeno es mínima. Por consiguiente, esta tecnología se aplica fácilmente tanto a envases rígidos como a envases flexibles.
Para facilitar la reacción entre el hidrógeno molecular y el oxígeno molecular es necesario un catalizador. Se sabe que un gran número de catalizadores catalizan la reacción del hidrógeno con el oxígeno, incluyendo muchos metales de transición, boruros metálicos (tales como boruro de níquel), carburos metálicos (tales como carburo de titanio), nitruros metálicos (tales como nitruro de titanio), y sales y complejos de metales de transición. Entre éstos, los metales del Grupo VIII son particularmente eficaces. Entre los metales del Grupo VIII, el paladio y el platino son especialmente preferidos debido a su baja toxicidad y eficiencia extrema para catalizar la conversión del hidrógeno y el oxígeno en agua con poca o ninguna formación de subproducto. El catalizador es preferentemente un catalizador de oxidación-reducción.
A fin de aprovechar al máximo el rendimiento de la reacción depuradora del oxígeno, es preferible ubicar el catalizador donde se desea que ocurra la reacción con el oxígeno. Por ejemplo, si la aplicación requiere que el oxígeno sea depurado antes de llegar al interior del envase, es conveniente la incorporación del catalizador en la pared lateral del envase. A la inversa, si se desea que la depuración del oxígeno ya esté presente en el envase, generalmente es preferible ubicar el catalizador cerca o en el interior del envase. Por último, si se desean ambas funciones, el catalizador puede estar ubicado tanto en el interior del envase como en las paredes del envase. Si bien el catalizador puede estar disperso directamente en el alimento o en la bebida, generalmente es preferible que el catalizador esté disperso en una matriz polimérica. La dispersión del catalizador en una matriz polimérica provee diversos beneficios incluyendo, pero sin limitarse a, la reducción al mínimo de la adulteración del alimento o bebida, la reducción al mínimo de la reacción catalizada entré el hidrógeno molecular y los ingredientes del alimento o bebida, y la facilidad de eliminación y/o reciclado del catalizador desde el envase del alimento o bebida.
Una ventaja particular de la presente invención es que, debido a las velocidades extremadamente altas que se obtienen con un número de catalizadores, se necesitan cantidades muy pequeñas de catalizador. Un envase puede incluir desde 0,01 ppm hasta 1000 ppm, convenientemente desde 0,01 ppm hasta 100 ppm, preferentemente desde 0,1 ppm hasta 10 ppm, más preferentemente desde por lo menos 0,5 ppm de catalizador con respecto al peso de dicho envase (excluyendo cualquier contenido del mismo). En las formas de realización preferidas se incluye 5 ppm o menos de catalizador. A menos que se indique lo contrario, "ppm" se refiere a las partes por millón en peso.
La pequeña cantidad de catalizador necesaria permite que incluso los catalizadores que son costosos resulten económicos. Asimismo, debido a que sólo se necesitan muy pequeñas cantidades para que sea eficaz, puede haber un mínimo impacto sobre otras propiedades del envase tales como color, vapor y reciclabilidad. Por ejemplo, cuando se utiliza paladio como catalizador, pueden ser suficientes cantidades menores que alrededor de 1 ppm de Pd finamente disperso para lograr velocidades aceptables de depuración del oxígeno. En general, la cantidad de catalizador requerida dependerá de, y se podrá determinar, a partir de la velocidad intrínseca del catalizador, del tamaño de partícula del catalizador, del espesor de las paredes del envase, de las velocidades del oxígeno y de la permeación del hidrógeno y del grado de depuración de oxígeno requerido.
A fin de aprovechar al máximo el rendimiento del catalizador, se prefiere que el catalizador esté bien disperso. El catalizador puede ser homogéneo o heterogéneo. En el caso de los catalizadores homogéneos se prefiere que los catalizadores estén disueltos en una matriz polimérica a un nivel molecular. En el caso de los catalizadores heterogéneos se prefiere que el tamaño promedio de la partícula del catalizador sea menor que 1 micrón, más preferentemente que el tamaño promedio de la partícula del catalizador sea menor que 100 nanómetros, y en especial más preferentemente que el tamaño promedio de la partícula del catalizador sea menor que 10 nanómetros. En el caso de los catalizadores heterogéneos, las partículas del catalizador pueden ser autoestables, o pueden estar dispersas sobre un material de soporte tal como carbono, alúmina, u otros materiales similares.
El método de incorporación del catalizador no es crítico. Las técnicas preferidas tienen como resultado un catalizador activo, bien disperso. El catalizador se puede incorporar en el envase en cualquier momento antes, durante, o luego de la introducción de la fuente de hidrógeno. El catalizador se puede incorporar en una matriz polimérica durante la formación del polímero o durante el posterior procesamiento de fusión del polímero. Se puede incorporar pulverizando una suspensión o solución del catalizador sobre microgránulos de polímero antes del procesamiento de fusión. Se puede incorporar mediante la inyección de una solución o suspensión fundida del catalizador en un polímero previamente fundido. Se puede incorporar, además, preparando un lote maestro del catalizador con polímero y luego mezclando los microgránulos del lote maestro con microgránulos de polímero al nivel deseado antes del moldeo por inyección o extrusión. En los "envases donde el catalizador está ubicado en el interior del envase, el catalizador se puede unir con la sustancia activa en la matriz del generador de hidrógeno.
En una forma de realización preferida, el catalizador se incorpora en una pared del envase. Está preferentemente asociado a, por ejemplo disperso en, un polímero que define por lo menos parte de la pared del envase. En una forma de realización preferida, el catalizador está preferentemente asociado al material que define por lo menos 50%, preferentemente por lo menos 75%, más preferentemente por lo menos 90% del área de la pared interna del envase.
En una forma de realización preferida, el catalizador está distribuido sustancialmente a través del área total de pared de un envase, excluyendo opcionalmente una tapa del mismo.
Los envases contemplados en la presente invención pueden tener una construcción monocapa o multicapa. En una construcción multicapa, opcionalmente, una o más de las capas puede ser una capa de barrera. Un ejemplo no restrictivo de materiales que se pueden incluir en la composición de la capa de barrera comprende copolímeros de etileno-alcohol vinílico (EVOH), ácido poli(glicólico) y poli(metaxililendiamina adipamida). Otros materiales adecuados que se pueden utilizar como capa o parte de una o más capas en envases monocapa o multicapa incluyen poliéster (incluyendo, pero sin limitarse a, PET), polieterésteres, poliesteramidas, poliuretanos, poliimidas, poliureas, poliamidaimidas, polifenilenóxido, resinas fenoxi, resinas epoxi, poliolefinas (incluyendo, pero sin limitarse a, polipropileno y polietileno), poliacrilatos, poliestireno, polivinilos (incluyendo, pero sin limitarse a, cloruro de poli(vinilo)) y las combinaciones de los mismos. Asimismo, los revestimientos interior y/o exterior vidriosos (SiOx y/o carbono amorfo) están explícitamente contemplados como capas de barrera. Todos los polímeros mencionados anteriormente pueden estar en cualquiera de las combinaciones deseadas de los mismos. Cualquiera y todos los materiales mencionados pueden comprender, además, la tapa del envase. En algunos casos, un envase puede comprender vidrio.
En una forma de realización preferida, el envase incluye paredes definidas por poliéster, por ejemplo PET y preferentemente un catalizador disperso dentro del poliéster.
La forma, construcción o aplicación de los envases utilizados en la presente invención no es crítica. En general, no hay límite de tamaño o forma de los envases. Por ejemplo, los envases pueden ser menores que 1 milímetro o mayores que 1000 litros de capacidad. El envase preferentemente tiene un volumen en el rango desde 20 mi hasta 100 litros, más preferentemente desde 100 mi hasta 5 litros. De igual modo, no hay un límite de espesor particular de las paredes de los envases, la flexibilidad (o rigidez) de los envases, o la aplicación pretendida de los envases. Se contempla expresamente que los envases incluyan, pero no se limiten a, sachets, botellas, jarras, bolsas, bolsitas, bandejas, pailas, tubos, barriles, envases termoformados, u otros envases similares. Asimismo, el envase puede estar ubicado en el interior de otro envase, o puede tener uno de más envases ubicados en el interior del envase. En las formas de realización preferidas, el envase puede ser cualquier envase sellable (de construcción plástica, de vidrio, metálica o híbrida) y puede incluir construcciones de bandejas sellables de monocapa o multicapa (moldeadas por inyección o termoformadas), bolsas o bolsitas multicapa.
Dicho envase puede estar diseñado para proteger un producto de la corrosión mediante la depuración del oxígeno dentro de un envase que contiene un producto susceptible a la corrosión. El envase se puede utilizar para proteger componentes o dispositivos electrónicos sensibles.
Dicho envase puede incluir una pared permeable compuesta de uno o más polímeros que tienen, a falta de cualquier depuración de oxígeno, una permeabilidad de entre alrededor de 6,5x10"7 cm3-cm/(m2-atm-día) y alrededor de 1x104cm3-cm/(m2-atm-día).
En general, el generador de hidrógeno puede fabricarse de cualquier forma que sea adecuada para incorporarse en un envase. Las formas específicas contempladas incluyen, pero no se limitan a, microgránulos, discos, películas, fibra, tela tejida, tela no tejida, y polvos.
Es generalmente conveniente ajustar la longitud de tiempo en que se liberará hidrógeno desde el generador de hidrógeno para que sea similar o mayor que el tiempo de vida útil de almacenamiento deseado del producto que se ha de proteger contra el ingreso de oxígeno. El ajuste de la longitud de tiempo en que se liberará hidrógeno se puede llevar a cabo ajustando las propiedades del medio de control y/o de la matriz polimérica. Es conveniente, además, ajustar la velocidad de generación del hidrógeno para que sea igual o un poco mayor que dos veces la velocidad de ingreso del oxígeno, debido a que la reacción total es 2 H2 + 02? 2 H20.
El medio generador de hidrógeno está convenientemente diseñado para generar hidrógeno durante un período de tiempo prolongado, por ejemplo de por lo menos 100 días, preferentemente de por lo menos 180 días, más preferentemente de por lo menos 270 días, especialmente de por lo menos 365 días. Los períodos mencionados anteriormente se pueden estimar luego del almacenamiento a temperatura ambiente (22°C) y a presión ambiente.
También se puede preferir depurar el oxígeno que está inicialmente presente en el envase o el alimento o bebida. Para llevar a cabo lo anterior, se prefiere que el generador de hidrógeno libere inicialmente hidrógeno a una mayor velocidad. En estos casos, se prefiere, además, que un catalizador esté ubicado en, o cerca del interior del envase.
Se contempla expresamente que puede proveer una pluralidad de generadores de hidrógeno, cada uno de los cuales tiene velocidades de generación de hidrógeno controlables en forma independiente. Mediante la provisión de una pluralidad de generadores de hidrógeno, la velocidad de generación de hidrógeno dentro de un envase se puede ajustar para satisfacer cualquier perfil deseado. Asimismo, distintos materiales activos pueden estar asociados al envase para generar hidrógeno. Dichos materiales activos se pueden proveer como una mezcla aleatoria en una única capa generadora de hidrógeno o pueden estar dispuestos en distintas capas. Se contempla también que además de proveer por lo menos un generador de hidrógeno, se puede agregar hidrógeno molecular al interior del envase al momento de sellado.
En una forma de realización adicional, una tapa que incluye el medio generador de hidrógeno se puede utilizar para reemplazar una tapa existente de un envase para aumentar la velocidad de generación de hidrógeno en el envase y/o para proveer un medio de depuración del oxígeno o un medio de depuración de oxígeno mejorado en el envase. Por ejemplo, dicha tapa puede reemplazar una tapa existente que no tiene y nunca ha tenido un medio generador de hidrógeno - puede ser una tapa inactiva convencional. Dicha tapa puede proveer un medio para que un cliente aumente la vida de almacenamiento doméstica de un producto sensible al oxígeno. En forma alternativa, dicha tapa puede reemplazar una tapa existente que incluye (o incluyó) un medio para generar hidrógeno pero en donde la velocidad es menor que la óptima, por ejemplo debido a la edad de la tapa y/o al tiempo en que ha estado generando hidrógeno.
Cuando la tapa existente reemplazada es una que nunca ha tenido un medio para generar hidrógeno, dicha tapa puede incorporar tanto un medio para generar hidrógeno como un catalizador para catalizar una reacción entre el hidrógeno molecular y el oxígeno molecular. En este caso, la tapa puede estar convenientemente protegida antes del uso por un medio que impide o restringe el acceso de humedad al generador de hidrógeno. Dicho medio puede comprender una lámina u otro material impermeable que está asociado a la tapa y diseñado para evitar el pasaje de la humedad al generador de hidrógeno.
Cuando se reemplaza una tapa existente, la tapa de reemplazo puede ser similar a la tapa quitada. Cuando el catalizador está ubicado en una pared del envase, la tapa puede no tener un catalizador y sólo puede incluir dicho medio para generar hidrógeno. Por lo tanto, en el último caso, el método puede comprender renovar o recargar la capacidad de generar hidrógeno de un envase reemplazando una tapa existente con una nueva tapa, la cual incluye un medio para generar hidrógeno que está mejorado en comparación con la tapa reemplazada.
El envase puede incluir un producto, el cual incluye convenientemente una fuente de humedad. El producto puede estar destinado al consumo humano; puede ser un alimento o una bebida, se prefiere especialmente que sea una bebida.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se provee un conjunto que comprende: (i) un medio generador de hidrógeno, el cual comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular al reaccionar con la humedad; (ii) un medio de control para controlar el pasaje de la humedad hacia el medio generador de hidrógeno.
El medio generador de hidrógeno y el medio de control del segundo aspecto pueden tener cualquier característica del medio generador de hidrógeno y del medio de control del primer aspecto.
Dicho medio generador de hidrógeno puede estar provisto en una primera parte, por ejemplo una capa, del conjunto. Dicho medio de control puede estar provisto en una segunda parte, por ejemplo una capa, del conjunto. Dicha primera y segunda parte pueden tener contacto cara a cara. Dicho conjunto puede comprender un laminado.
Dicho conjunto puede tener forma de revestimiento para una tapa.
Dicho conjunto puede tener forma de disco. Dicho conjunto puede tener una sección transversal sustancialmente circular.
Dicho medio generador de hidrógeno puede estar encapsulado en dicho medio de control.
Si bien se prefiere que el conjunto del segundo aspecto esté asociado a un envase, no es necesario que sea así y puede tener más aplicaciones generales. El conjunto se puede utilizar en cualquier situación en donde se desea controlar la liberación de hidrógeno en otro medio o entorno. El medio o entorno puede ser un vacío, espacio de aire, fase líquida o fase polimérica. La liberación de hidrógeno puede ser por cualquier motivo (no solamente para depurar oxígeno) y puede incluir cualquier proceso químico, electroquímico o biológico, en donde se requiera una fuente controlada de hidrógeno. En una forma de realización, un conjunto que puede tener forma de un cuerpo sólido, se puede introducir en un medio líquido tal como el de una reacción química, a fin de liberar hidrógeno.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se provee una tapa para un envase, donde dicha tapa comprende un conjunto de acuerdo con el segundo aspecto.
Dicho conjunto está convenientemente diseñado como un revestimiento para la tapa.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la invención, se provee un método para preparar un conjunto de acuerdo con el segundo aspecto, cuyo método comprende asociar dicho medio generador de hidrógeno y dicho medio de control.
El método preferentemente comprende calentar por lo menos uno o una primera composición que comprende dicho medio generador de hidrógeno o una segunda composición que comprende dicho medio de control y asociar las dos composiciones cuando por lo menos una se encuentre a temperatura elevada, por ejemplo mayor que 50°C, convenientemente mayor que 100°C.
Preferentemente, ambas composiciones se calientan. Preferentemente, dichas composiciones, primera y segunda, se coextruyen en forma adecuada de modo que las dos composiciones tengan contacto entre sí para producir capas adyacentes, primera y segunda, de una coextrusión.
El método puede comprender encapsular dicho medio generador de hidrógeno en dicho medio de control.
De acuerdo con un quinto aspecto, se provee un método para preparar una tapa de acuerdo con el tercer aspecto, cuyo método comprende asociar un medio generador de hidrógeno y un medio de control con material de tapa.
El material de tapa puede incluir un medio diseñado para fijar la tapa a un cuerpo de envase. Por ejemplo, el material de tapa puede incluir un medio de fijación, por ejemplo una región roscada, para fijar la tapa a un cuerpo de envase.
Convenientemente, se provee un conjunto de acuerdo con el segundo aspecto y está asociado a dicho material de tapa. Cuando dicho conjunto comprende un revestimiento para una tapa, el método puede comprender fijar el revestimiento al material de tapa, por ejemplo dentro de una abertura en el material de tapa.
De acuerdo con un sexto aspecto, se provee un método para preparar un envasé de acuerdo con el primer aspecto, cuyo método comprende asociar un medio generador de hidrógeno y un medio de control con una parte de un envase.
En una forma de realización, dicho medio generador de hidrógeno y/o dicho medio de control puede estar asociado a una tapa y dicha parte de dicho envase puede ser un cuerpo de envase al cual la tapa está fijada en forma removible.
De acuerdo con un séptimo aspecto, se provee el uso de un medio de control para controlar el pasaje de la humedad desde una fuente de humedad (por ejemplo, en un envase) hacia un medio generador de hidrógeno (por ejemplo, asociado al envase), en donde dicho medio generador de hidrógeno comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular ante la reacción con la humedad.
De acuerdo con un octavo aspecto, se provee el uso de un medio de control para reducir la velocidad de generación de hidrógeno mediante un medio generador de hidrógeno (por ejemplo, en un envase), en donde dicho medio generador de hidrógeno comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular ante la reacción con la humedad y dicho medio de control está ubicado entre una fuente de humedad (por ejemplo, en el envase) y dicho medio generador de hidrógeno.
De acuerdo con un noveno aspecto, se provee un método para controlar el pasaje de la humedad desde una fuente de humedad (por ejemplo, en un envase) hacia un medio generador de hidrógeno (por ejemplo, asociado al envase), cuyo método comprende ubicar un medio de control entre una fuente de humedad y un medio generador de hidrógeno.
De acuerdo con un décimo aspecto, se provee un método para reducir la velocidad de generación de hidrógeno mediante un medio generador de hidrógeno (por ejemplo, asociado a un envase), cuyo método comprende ubicar un medio de control entre una fuente de humedad (por ejemplo, en el envase) y dicho medio generador de hidrógeno.
De acuerdo con un décimo primer aspecto, se provee el uso de un medio de control para prolongar el tiempo de vida útil de almacenamiento de un producto en un envase, en donde el medio de control controla el pasaje de la humedad desde una fuente de humedad en el envase hacia un medio generador de hidrógeno asociado al envase, en donde dicho medio generador de hidrógeno comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular ante la reacción con la humedad.
De acuerdo con un décimo segundo aspecto, se provee un método para prolongar el tiempo de vida útil de almacenamiento de un producto en un envase, cuyo método comprende ubicar un medio de control entre una fuente de humedad en el envase y un medio generador de hidrógeno asociado al envase, en donde dicho medio generador de hidrógeno comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular ante la reacción con la humedad.
De acuerdo con un décimo tercer aspecto, se provee un método para reducir la velocidad de cambio de generación de hidrógeno con el tiempo de un medio generador de hidrógeno (por ejemplo, asociado a un envase), cuyo método comprende ubicar un medio de control entre una fuente de humedad (por ejemplo, en el envase) y el medio generador de hidrógeno (por ejemplo, asociado al envase), en donde dicho medio generador de hidrógeno comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular ante la reacción con la humedad.
De acuerdo con un décimo cuarto aspecto, se provee el uso de un medio de control para reducir la velocidad de cambio de generación de hidrógeno con el tiempo mediante un medio generador de hidrógeno (por ejemplo, en un envase), en donde dicho medio generador de hidrógeno comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular ante la reacción con la humedad y dicho medio de control está ubicado entre una fuente de humedad (por ejemplo, en el envase) y dicho medio generador de hidrógeno.
Cualquier característica de cualquier aspecto de cualquier invención o forma de realización descriptos en la presente se puede combinar con cualquier característica de cualquier aspecto de cualquier otra invención o forma de realización descriptos en la presente mutatis mutandis.
Las formas de realización específicas de la invención se describirán ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: la Figura 1 es una sección transversal a través de una preforma; la Figura 2 es una sección transversal a través de una botella; la Figura 3 es una vista en alzado lateral de una botella que incluye una tapa; la Figura 4 es una tapa, parcialmente en sección transversal; y la Figura 5 es un gráfico de la evolución de gas de hidrógeno a través del tiempo para distintos materiales de revestimiento.
Una preforma 10 ilustrada en la Figura 1 puede ser moldeada por soplado para formar un envase 22 ilustrado en la Figura 2. El envase 22 comprende un cuerpo cilindrico 24 que comprende un acabado de cuello roscado 26 que define una boca 28, un reborde para colocar la tapa roscada 30 debajo del acabado de cuello roscado, una sección cónica 32 que se extiende desde el reborde para colocar la tapa roscada, una sección de cuerpo 34 que se extiende debajo de la sección cónica, y una base 36 en la parte inferior del envase. El envase 10 se utiliza convenientemente para preparar una bebida envasada 38 ilustrada en la Figura 3. La bebida envasada 38 incluye una bebida. La bebida puede ser una bebida gasificada o una bebida no gasificada. Algunos ejemplos de bebidas adecuadas incluyen soda, cerveza, vino, jugos de fruta, y agua. En una forma de realización particular, la bebida es una bebida sensible al oxígeno. En otra forma de realización, la bebida es una bebida que contiene vitamina C tal como un jugo de fruta que contiene vitamina C, una bebida que ha sido fortificada con vitamina C, o una combinación de jugos en los cuales por lo menos uno de los jugos incluye vitamina C. En esta forma de realización, la bebida se coloca en el envase 22 y una tapa 40 sella la boca 28 del envase 22.
Con referencia a la figura 4, una tapa 40 incluye un cuerpo 42 con una porción roscada 44 para acoplar a rosca la tapa con el acabado de cuello roscado 26. En el interior de la porción 44 hay un revestimiento 46 que comprende un dispositivo generador de hidrógeno. El revestimiento 46 incluye una capa 48 que incorpora un hidruro disperso en una matriz polimérica. En los lados opuestos de la capa 48 se encuentran las capas de PET 50, 52. La capa de PET 50 que está más próxima a los contenidos del envase en uso, está adaptada para actuar como capa de control para controlar la velocidad del pasaje de vapor de agua desde la bebida en el envase hacia la capa que contiene hidruro 48.
El cuerpo cilindrico 24 del envase incluye un catalizador. El catalizador puede estar disperso en la matriz polimérica, por ejemplo PET, que define el cuerpo cilindrico 24 moldeando por inyección el material de matriz polimérica y un catalizador, por ejemplo un compuesto de paladio, para definir una preforma 10 la cual posteriormente se moldea por soplado para definir el envase 22.
Durante el uso, cuando el contenedor 22 incluye una bebida y una tapa 40 está en posición, el espacio de aire en el envase se saturará con vapor de agua. Dicho vapor pasa a través de la capa 50 y se pone en contacto con el hidruro asociado a la capa 48 y, en consecuencia, el hidruro produce hidrógeno molecular que migra hacia el interior de la matriz polimérica del cuerpo cilindrico 24 y se combina con el oxígeno que puede haber ingresado al envase a través de sus paredes permeables. Se produce una reacción entre el hidrógeno y el oxígeno, catalizada por el catalizador, y se genera agua. Por lo tanto, el oxígeno que puede ingresar al envase se depura y los contenidos del envase se protegen contra la oxidación. El efecto depurador se puede mantener durante todo el tiempo en que se produzca hidrógeno en el envase y dicho tiempo se puede controlar, entre otros, variando la cantidad de hidruro en el tapón 42.
Los siguientes ejemplos ilustran el modo en que la naturaleza y/o las propiedades de la capa de control pueden variar para controlar la velocidad de producción de hidrógeno mediante la capa 48.
Materiales EVA - el copolímero de etil vinil acetato (Ateva 1070) con contenido de acetato de vinilo de 9% y un índice de flujo de fusión de 2,8g/10min (ASTM), se secó a 93°C durante aproximadamente 2 en un secador desecante de aire forzado hasta obtener un contenido de humedad menor que 100 ppm (Analizador de humedad Computrac MAX 2000L).
Borohidruro de sodio (Venpure SF) de Rohm & Hass, el cual se utilizó tal como se recibió.
RLE-005 - Film de poliéster recubierto por extrusión de Amcor Flexibles (0,0122mm de PET/0,0508mm de LDPE) Ejemplo 1 - Compuesto de Borohidruro de sodio/EVA 2,4kg de Borohidruro de sodio (8 % en peso) se combinaron con 27,6kg de Ateva 1070 (92 % en peso) en una extrusora de doble tornillo de 30 mm de Werner-Pfleiderer bajo una capa de nitrógeno. La temperatura de la zona de alimentación se fijó a 26°C y las otras 10 zonas de la extrusora se fijaron a 160°C. El compuesto se granuló, se secó y se almacenó en una atmósfera de nitrógeno seco en una bolsa sellada de papel metálico.
Ejemplo 2 (comparativo) Una lámina compuesta por un laminado de tres capas que comprendía las capas respectivas del compuesto del Ejemplo 1 , LDPE y PET se preparó extruyendo una lámina a partir del compuesto del Ejemplo 1 y laminándola sobre el lado de LDPE de RLE-005 para formar una construcción de tres capas. El espesor de cada capa fue el siguiente: 0,686mm del compuesto del Ejemplo 1 , 0,0508mm de LDPE, 0,0122mm de PET. El espesor total de la lámina extruida de tres capas fue de 0,749mm.
Ejemplo 3 Una lámina compuesta por un laminado de cinco capas que comprendía las respectivas capas de PET, LDPE, el compuesto del Ejemplo 1 , LDPE, PET se preparó extruyendo una lámina a partir del compuesto del Ejemplo 1 y laminándola sobre ambos lados de las láminas de RLE-005, de modo que ambas capas de LDPE se unieron a los respectivos lados de la lámina preparada a partir del compuesto del Ejemplo 1. El espesor de cada capa fue el siguiente: 0,686mm del compuesto del Ejemplo 1 , 0,0508mm de capas de unión de LDPE, 0,0122mm de capas de PET. El espesor total de la lámina de cinco capas fue de 0,812mm.
Ejemplo 4 Una lámina compuesta por un laminado de tres capas que comprendía las respectivas capas de EVA, los compuestos del Ejemplo 1 y EVA se preparó coextruyendo una capa del compuesto del Ejemplo 1 , intercalada entre dos capas de EVA. El espesor de cada capa fue el siguiente: 0,0726mm de EVA, 0,6604mm del compuesto del Ejemplo 1 , 0,0726 de EVA; el espesor total fue de 0,8128mm.
Los materiales de los Ejemplos 2 a 4 se evaluaron tal como se describe en el Ejemplo 5.
Ejemplo 5 Se cortaron tiras rectangulares (de aproximadamente 5cm x 1 ,5cm) de las láminas preparadas en los Ejemplos 2 a 4. Cada una de las muestras se pesó en gramos con exactitud hasta 2 lugares decimales. Cada muestra se acuñó en la parte inferior de una bureta de gas, de vidrio, graduada de 100 mi, la cual se invirtió y se colocó en un vaso de precipitado de un litro lleno de agua. La bureta se llenó con agua hasta justo debajo de la muestra insertando un tubo de polietileno flexible de 3mm hasta la parte superior de la bureta y eliminando el aire con una jeringa acoplada al otro extremo del tubo de polietileno. El hidrógeno producido se midió tomando debida nota de la cantidad de agua desplazada de cada tubo a través del tiempo.
Los resultados de la evolución del gas de hidrógeno para los Ejemplos 2 a 4, expresados como mi de gas por gramo de muestra (ml/g) se ilustran en la Figura 5. Los resultados muestran claramente que enfrentando ambos lados de la capa generadora de hidrógeno con capas de barrera de EVA controla la velocidad de generación de hidrógeno y enfrentando ambos lados con la capa de unión PET/HDPE produce un control adicional. La velocidad promedio de liberación de H2 entre 5 & 10 días de exposición al vapor de humedad se reduce desde 2,23 hasta 1 ,74 ml/g.día utilizando la barrera de control de EVA y se reduce aún más hasta 0,67 ml/g.día cuando se utiliza la barrera de control de LDPE/PET. Sorprendentemente, sin embargo, las barreras de control tienen el efecto opuesto sobre la velocidad promedio de liberación de H2 entre 95-100 días de exposición al vapor de agua - utilizando la barrera de control de EVA produjo un aumento desde 0,47 hasta 0,52 ml/g.día y utilizando la barrera de control de LDPE/PET produjo un aumento adicional de hasta 0,64 ml/g.día. Dicho efecto moderador sorprendente de H2 de la barrera de control de vapor de agua se puede observar en la relación de la velocidad promedio de H2 entre 5-10 días de exposición sobre la velocidad promedio de H entre 95-100 días de exposición, es decir, a medida que la eficacia de la barrera aumenta, la relación se reduce. Asimismo, particularmente en cuanto al Ejemplo 3, la relación basada en la velocidad entre 175-180 (columna final) permanece relativamente sin cambios a partir de la relación basada en los valores entre 95-100 días, ilustrando cómo se puede utilizar la barrera para lograr un período de vida útil de almacenamiento especialmente prolongado. Por consiguiente, la barrera de control se puede utilizar para aumentar al máximo el períodd de tiempo para lograr una depuración de oxígeno eficaz y producir, de ese modo, un período de tiempo de vida útil de almacenamiento más prolongado para los productos sensibles al oxígeno.
Velocidad Velocidad Velocidad Relación Relación promedio promedio promedio de de de de H2 entre Ejemplo de H2 entre H2 entre 95- velocidad velocidad 175-180 5-10 días 100 días 5-10/95- 5-10/175- días (ml/g.día) (ml/g.día) 100 180 (ml/g.día) 2 2,23 0,47 0,22 4,75 10,14 (comparativo) 4 (barrera de 1 ,74 0,52 0,20 3,36 8,70 EVA) 3 (barrera de 0,67 0,64 0,41 1 ,06 1 ,63 PET) Se puede utilizar un rango de distintos materiales como capas de control en los revestimientos 46. Los materiales para capas de control se seleccionan convenientemente de modo que la permeabilidad al agua de la capa de control sea menor que la permeabilidad al agua de la matriz polimérica en la cual está disperso el hidruro. Los siguientes materiales se pueden utilizar en una capa de control con una adecuada matriz polimérica que incorpora un hidruro.
Permeabilidad al Polímero vapor de agua (g.mm/m2.día) Cloruro de poli(vinilideho) - Sarán 0,01(a) Copolímero de tetrafluoretileno-etileno Hostaflon ET 0,02^ Polietileno de Alta Densidad (DuPont Sclair 19A) 0,13 Copolímero de polietileno-ácido acrílico (EAA) BASF 0,23 Lucalen A2910M (1 1 % de contenido de ácido acrílico) Polietileno de Baja Densidad - Dow LDPE 722 (MFI 0,26 8g/10min @ 190°C) Copolímeros de etileno-tetrafluoroetileno - DuPont 0,3 Tefzel T2 Cloruro de poli(vinilo) no plastificado 0,36(a) Polipropileno (PP) - BASELL ADSYL 3C37F 0,45 Polietileno de Baja Densidad - Dow LDPE 4005 (MFI 0,46(b) 5,5g/10min @ 190°C) Poli(etilen teraftalato) 0,39 - 0,51 Polibutileno (PB) Shell Chemical Duraflex 1600 0,47<b> (densidad 0,91 g/cm3) Permeabilidad al Polímero vapor de agua (g.mm/m2.día) Copolímero de etileno-alcohol vinílico (EVOH) - 0,6(b) Eval E (44 % molar de contenido de etileno) EVA - DuPont Elvax 3120 (7,5% de contenido de VA) 0,74<D> Poli(metil metacrilato) 0,84ta) Poli(vinil butiral) 1,06ta) EVA - DuPont Elvax 3130 (12% de contenido de VA) 1 f 1lb) Copolímeros en bloque de estireno-butadieno (SBS) 1,13(b) BASF AG Styrolux 656C Nylon 6 - BASF Ultramid B4 (sin estirar) 1,15w Poliestireno Universal - BASF AG Polistyrol 168N 1 ,2W EVA - DuPont Elvax 3123 (15% de contenido de VA) 1 ,6W Poli(carbonato) 1,83(a) Copolímero de acrilonitrilo-acrilato de metilo BP 2,0<b) Chemicals BAREX 210 EVA - DuPont Elvax 3165 (18% de contenido de VA) 2,0<b Polibutilen tereftalato (PBT) BASF AG Ultradur B 2,5( ) 4550 Copolímero de etileno-alcohol vinílico (EVOH) - 3j2(b) Eval L (27 % molar de contenido de etileno) Permeabilidad al Polímero vapor de agua (g.mm/m2.día) Copolímero de acrilonitrilo-estireno-acrilato - BASF 3,5(b> AG Luran S 776S Pol¡(etil metacrilato) 4,16(a) Copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno - GE 5,9<b> Plastics Cycolac Tabla 1 - Valores de la bibliografía técnica para la permeabilidad al agua de diversos homo y eopolímeros. [Referencias: (a) - Polymer Handbook (4? Ed) tabla 1 , página VI/545), (b) - Permeability Properties of Plastics & Elastomers - A guide to Packaging & Barrier Materials, 2da Edición, Editado por Liesl K. Massey, Publicado por Plastics Design Library, 2003] La invención no se limita a los detalles de la(s) forma(s) de realización precedente(s). La invención se extiende a cualquier característica novedosa, o a cualquier combinación novedosa de características divulgadas en la presente memoria descriptiva (incluyendo cualquier reivindicación adjunta, resumen de la invención y dibujos), o a cualquier paso novedoso o a cualquier combinación novedosa de los pasos de cualquier método o proceso divulgado en la présente.

Claims (26)

REIVINDICACIONES Habiendo así especialmente descripto y determinado la naturaleza de la presente invención y la forma como la misma ha de ser llevada a la práctica, se declara reivindicar como de propiedad y derecho exclusivo:
1 . Un envase caracterizado porque comprende: (i) un medio generador de hidrógeno, el cual comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular al reaccionar con la humedad; (ii) un medio de control para controlar el pasaje de humedad desde el envase hacia el medio generador de hidrógeno.
2. Un envase de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho medio de control está diseñado para controlar una primera relación de evolución, en la cual la primera relación de evolución está definida del siguiente modo: la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un período inicial seleccionado de 5 días la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un segundo período de 5 días que se inicia a los 85 días posteriores al término del período inicial seleccionado en donde dicha primera relación de evolución es mayor que 0,5 y es menor que 4.
3. Un envase de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dicha primera relación de evolución es mayor que 0,5 y menor que 2.
4. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio de control está diseñado para controlar una segunda relación de evolución, en la cual la segunda relación de evolución está definida del siguiente modo: la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un período inicial seleccionado de 5 días la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un segundo período de 5 días que se inicia a los 180 días posteriores al término del período inicial seleccionado y dicho medio de control está diseñado para controlar una tercera relación de evolución, en la cual la tercera relación de evolución está definida del siguiente modo: la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un período inicial seleccionado de 5 días la velocidad de evolución del hidrógeno en el envase durante un segundo período de 5 días que se inicia a los 270 días posteriores al término del período inicial seleccionado en donde dicha segunda relación de evolución es mayor que 0,5 y es menor que 2; y dicha tercera relación de evolución es mayor que 0,5 y es menor que 2.
5. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio generador de hidrógeno comprende un material de matriz con el cual dicho material activo está asociado.
6. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio generador de hidrógeno comprende un material de matriz en el cual dicho material activo está disperso.
7. Un envase de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque dicho material de matriz tiene una permeabilidad al vapor de agua mayor que 0,2 g.mm/m2.día y una permeabilidad menor que 5 g.mm/m2.día.
8. Un envase de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque dicho material de matriz incluye 1-60% en peso de material activo, el cual comprende un metal y/o un hidruro.
9. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio de control está seleccionado de modo tal que define el paso que determina la velocidad del pasaje de la humedad desde el envase hacia el material activo.
10. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque la relación de la permeabilidad al vapor de agua del medio de control con respecto a la permeabilidad al vapor de agua del material de matriz es de 0,75 o menor.
11. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque la relación de la permeabilidad al vapor de agua de un material polimérico de dicho medio de control con respecto a la permeabilidad al vapor de agua de un material de matriz con el cual dicho material activo está asociado es de 0,75 o menor.
12. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio de control comprende una capa de material que tiene una permeabilidad al vapor de agua menor que 0,8 g.mm/m2.día.
13. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio de control comprende una pluralidad de capas que hacen contacto lado a lado de modo que, juntas, definen un medio de control unitario.
14. Un envase de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la velocidad del pasaje de vapor de agua a través de por lo menos una de las capas es más lento que la velocidad del pasaje de vapor de agua a través de un material de matriz con el cual está asociado el material activo del medio generador de hidrógeno.
15. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio de control incluye una pluralidad de capas, que incluye una capa expuesta diseñada para ponerse en contacto con un cuello de un envase durante el uso y una capa de espuma para ajustar la compresibilidad del medio de control.
16. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho envase incluye una pared lateral construida a partir de una composición que incluye un primer componente de resina polimérica y un segundo componente que comprende un catalizador capaz de catalizar una reacción entre el hidrógeno molecular y el oxígeno molecular.
17. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el medio generador de hidrógeno está ubicado en o sobre una tapa de dicho envase.
18. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el medio generador de hidrógeno está asociado a una parte removible del envase.
19. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio generador de hidrógeno está incorporado en una película que forma parte de un envase y está diseñada para removerla y permitir el acceso a los contenidos del envase, en donde dicha película incluye una capa, la cual define dicho medio de control.
20. Un envase de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque la película es una lámina sellable, la cual está adherida a un cuerpo de envase para definir un envase.
21. Un envase de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque un catalizador está incorporado en una pared del envase.
22. Una tapa de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque dicho medio generador de hidrógeno está diseñado para generar hidrógeno durante por lo menos 270 días.
23. Un conjunto caracterizado porque comprende: (i) un medio generador de hidrógeno, el cual comprende un material activo diseñado para generar hidrógeno molecular al reaccionar con la humedad; (ii) un medio de control para controlar el pasaje de la humedad hacia el medio generador de hidrógeno.
24. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque dicho medio generador de hidrógeno está provisto en una primera capa del conjunto y dicho medio de control está provisto en una segunda capa del conjunto, en donde dicho conjunto comprende un laminado.
25. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 23 o 24, caracterizado porque dicho conjunto está en forma de revestimiento para una tapa.
26. Un método para fabricar un envase de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque comprende asociar un medio generador de hidrógeno y un medio de control con una parte de un envase.
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