PT2141191E

PT2141191E - Embalagem compósita

Info

Publication number: PT2141191E
Application number: PT81594632T
Authority: PT
Inventors: Peter Ettridge; Christopher R White
Original assignee: Amcor Flexibles Transpac Nv
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2014-03-10
Also published as: EP2141191B1; ES2450993T3; US20100003457A1; EP2141191A1; AU2009202657A1; DK2141191T3; CA2670850A1

Description

1 DESCRIÇÃO "Embalagem Compósita"

Domínio Técnico

Esta invenção diz respeito a uma embalagem biodegradável, compostável compósita adequada para produtos alimentares, em particular para produtos com humidade tais como frutos, salada ou vegetais cortados e preparados, doravante referidos neste documento como "produtos frescos".

As películas de celulose regenerada tais como "NatureFlex" feita pela Innovia Films, são biodegradáveis e compostáveis. "NatureFlex" é uma marca registada da Innovia Films. Estas películas podem ser revestidas ou não revestidas e quando são revestidas podem ser termicamente seláveis. Tipicamente essas películas possuem uma excelente barreira a gases e rigidez, quando estão secas. No entanto, elas são em geral menos adequadas para embalar produtos frescos, armazenados em condições de refrigeração. Quando se embalam produtos frescos numa embalagem completamente selada feita em película de celulose revestida "NatureFlex", a película perde rigidez e a selagem enfraquece e podem abrir com um esforço mínimo. Por exemplo 2 a resistência dos selos de uma película de celulose revestida "NatureFlex" típica é em seco de 300 g/25 mm, mas isto baixa até <50 g/25 mm quando se embalam produtos frescos armazenados em condições de refrigeração. Isto compromete a aparência comercial bem como a integridade da embalagem o que a torna impraticável como material de embalagem para produtos frescos.

As propriedades como barreira a gases, apresentadas por estas películas em celulose, também ficam significativamente comprometidas quando elas são expostas a condições de humidade elevada.

Portanto, combinam-se por vezes as películas em celulose como laminados, com outras películas poliméricas tais como em polietileno ou em polipropileno, que têm uma boa resistência e são barreiras à humidade, ficando a película em polietileno ou polipropileno adjacente ao produto embalado. Deste modo a película em polietileno ou polipropileno protege a película em celulose do efeito da humidade existente no produto e conserva a excelente barreira a gases bem como aa rigidez da película em celulose componente da estrutura. No entanto, o polietileno e o polipropileno não são nem biodegradáveis nem compostáveis, e portanto a estrutura global não é nem biodegradável nem compostável. A adição de amido ou de outros aditivos químicos ao polietileno e ao polipropileno pode tornar estas 3 películas biodegradáveis sem comprometer seriamente a sua eficácia a título de barreira contra a humidade, mas estes aditivos não habilitam estas películas a uma classificação como compostáveis de acordo com a definição de compostabilidade constante de normas internacionais tais como a EN 13.432 ou a ASTM 6.400.

Em contraste, as propriedades físicas de determinados co-poliésteres biodegradáveis, compostáveis, fabricados pela BASF, Novamont, Mitsubishi e outras, são menos afectadas por exposição de curta duração a água, e quando se selam sobre si próprios eles proporcionam uma boa resistência à selagem mantendo a sua integridade. No entanto, estes materiais são intrinsecamente moles e extensíveis e não asseguram a rigidez necessária para formarem uma embalagem eficaz em maquinaria típica moderna de alta velocidade assegurando a formação e o enchimento de embalagens. Além disto têm propriedade de permeabilidade moderada a pequena, o que os torna inadequados para embalarem produtos frescos. O WO 2006/01.568 descreve um laminado biodegradável adequado para utilização em artigos enformados baseados em papel, tais como contentores para produtos alimentares, incluindo um substrato baseado em papel sobre pelo menos uma superfície do qual foram depositadas uma primeira e uma segunda camadas de co-poliéster, na ausência substancial de camadas de polímero entre a superfície do substrato e os co-poliésteres 4 depositados sobre a superfície do substrato. Também se descreve um artigo biodegradável enformado a partir do laminado, bem como um método para enformar um laminado biodegradável. A DE 10.104.829 descreve películas poliméricas em múltiplas camadas incluindo pelo menos duas camadas. 0 W002/059.199 descreve uma mistura de poliésteres biodegradáveis que inclui um poliéster aromático-alifático, um poliéster alifático e um polímero de ácido poliláctico.

Descrição da Invenção

De acordo com um primeiro aspecto, a invenção consiste numa embalagem sob atmosfera gasosa controlada de acordo com a reivindicação 1.

De acordo com um segundo aspecto, a invenção consiste numa embalagem sob atmosfera gasosa controlada de acordo com a reivindicação 4.

De acordo com um terceiro aspecto, a invenção consiste num método de acordo com a reivindicação 12.

Modos de Levar a Cabo a Invenção 5

De acordo com uma primeira concretização, reveste-se por extrusão a superfície de uma película biodegradável e compostável em celulose com uma camada de um co-poliéster biodegradável e compostável, para se ultrapassarem as limitações da película de celulose a título de película de embalagem para produtos frescos mantendo ainda a biodegradabilidade, a compostabilidade e a rigidez da estrutura global. Isto consegue-se apesar da resistência relativamente pequena destes materiais em co-poliéster à transmissão de vapor de água que é expectável resultar quando se diminuir de forma inaceitável o desempenho como barreira aos gases e a rigidez da película em celulose.

Qualquer especialista da técnica nunca reconheceria papel nem película em celulose como camada componente ideal numa estrutura de embalagem para produtos húmidos por causa da instabilidade inerente destes materiais quando expostos a um ambiente húmido, e não consideraria um polímero co-poliéster degradável e compostável como uma barreira eficiente contra o vapor de água. A combinação de ambos não seria portanto considerada recomendável como sendo adequada para embalar produtos frescos.

No entanto, embora a camada de selagem interna do co-poliéster na embalagem não proporcione uma barreira à transmissão do vapor de água, demonstrou-se que seleccionando o tipo de polímero co-poliéster e a espessura 6 da película extrudida é possível controlar a velocidade da transmissão do vapor de água de tal modo que a película exterior em celulose mantenha uma rigidez suficiente para manter a aparência, a estabilidade dimensional e a qualidade comercial da embalagem sem perda da resistência da selagem. 0 revestimento extrudido em polímero co-poliéster pode ter uma espessura média na gama de entre 8 e 50 mícron e preferivelmente uma espessura média de entre 15 e 40 mícron.

Verificou-se de facto que quando um co-poliéster compostável com esta espessura é revestido por extrusão sobre uma película de celulose regenerada "NatureFlex", a resistência à água, a integridade da embalagem e a rigidez da embalagem são mantidas a níveis muito para além dos que poderiam ser razoavelmente previstos, tal como se demonstra através dos seguintes resultados de testes.

Fabricaram-se sacos em almofada utilizando três materiais diferentes: 1) Película soprada em co-extrusão "MATER-BI" com espessura de 35 pm comercial; 2) "NatureFlex" NVS revestida por extrusão com uma espessura de 30 pm de Mitsubishi AZ91T; e 3) "NatureFlex" NVS com 30 pm de espessura. "MATER-BI" é uma marca registada da Novamont e inclui um co-poliéster biodegradável, compostável, vendido pela Novamont. Mitsubishi AZ91T é também um co-poliéster biodegradável, compostável vendido pela Mitsubishi Chemical, e é comparável com o "MATER-BI". 7

Embalaram-se produtos molhados em sacos almofada nos materiais acima e armazenou-se durante 24 horas num frigorífico laboratorial a 5°C sob uma Humidade Relativa (RH) de 40 %. As embalagens possuíam perfurações na parte inferior, por isso assumiu-se 100 % de RH dentro das embalagens. Fizeram-se embalagens semelhantes que se armazenaram durante o mesmo período do teste, sem nenhum produto, em condições ambientes (30-50 % de RH, 20-24°C)

Passadas 24 horas de acondicionamento nos seus ambientes respectivos, mediram-se o módulo secante a 1 % na direcção da máquina (MPa) e as resistências das selagens térmicas (g/25 mm). O módulo secante é uma medida estabelecida da rigidez para materiais de embalagem. A resistência da selagem térmica indica a resistência de uma embalagem selada a uma abertura intencional ou acidental. Uma abertura acidental durante a armazenagem ou o transporte comprometerá a integridade da embalagem e tornará o produto inadequado para venda.

Os resultados foram como se segue:

Resistência da selagem a seco (g/25 mm) Resistência da selagem em Húmido (g/25 mm) Módulo Secante a 1 % (MPa) Ambiente Módulo (% de | % da Secante a (diminuição ^diminuição 1% (MPa) (da |do Módulo em (resistência jSecante a 1 Húmido (daselagem j% Coextrusão de película soprada comercial "MATER-BI" de 35 μιη 1292 986 257 183 | 24% | 29% "NatureFlex" NVS de 23 μιη Revestido por Extrusão com Mitsubishi AZ91T de 30 μιη 2475 2626 1012 542 | -6 % | 46 % "NatureFlex" NVS de 30 μιη 115 47 2014 410 | 59% | 80%

Verificou-se que o acondicionamento dos produtos embalados 'húmidos' fazia a resistência da selagem do "NatureFlex" NVS diminuir até a um valor ao qual a integridade da embalagem poderia estar comprometida.

Além disto, o acondicionamento de produtos embalados 'húmidos' fazia com que o módulo secante a 1 % do "NatureFlex" NVS diminuísse em 80 %, fazendo com que o material parecesse mole e extensível. A combinação da perda de módulo com a pequena resistência da selagem tornava o "NatureFlex" NVS inadequado para aplicações com produtos embalados 'húmidos'. A resistência da selagem e o módulo secante de película "MATER-BI" comercial diminuíram respectivamente 24 % e 29 %. A diminuição da resistência da selagem não foi 9 suficiente para provocar problemas de integridade da embalagem mas verificou-se que a película se tornara mole e extensível demais para se utilizada na distribuição a retalho de produtos frescos embalados.

Em contraste, a resistência da selagem de "NatureFlex" revestido por extrusão aumentou ligeiramente aquando da exposição ao ambiente húmido, indicando uma retenção excelente da integridade da embalagem de produtos frescos ao ambiente húmido. 0 módulo secante do "NatureFlex" revestido por extrusão diminuiu, mas o valor remanescente do módulo secante ainda era maior do que o proporcionado pelo "MATER-BI" comercial e pelo "NatureFlex" NVS .

Utilizando o bem conhecido princípio da 'regra das misturas', poderia prever-se que o módulo secante do "NatureFlex" revestido por extrusão armazenado num ambiente húmido deveria ter diminuído para cerca de 240 MPa. No entanto, o módulo secante diminuiu apenas para 542 MPa.

Esta combinação de rigidez e retenção da resistência da selagem proporciona um produto que é idealmente apropriado para embalar produtos frescos preparados e outros produtos refrigerados.

Além disto, verificou-se que se conseguia uma boa força de ligação entre a película em celulose e a do polímero co-poliéster extrudido, quando se aplica um 10 revestimento pouco espesso do co-poliéster sobre a superfície da película em celulose recorrendo a um processo de revestimento baseado em solvente ou em água. O polímero co-poliéster pode incluir embalagens nas quais ambas as faces da película em celulose são previamente revestidas. Quando ambas as faces são previamente revestidas, o revestimento prévio com o co-poliéster proporciona uma boa adesão ao polímero co-poliéster extrudido sobre uma das superfícies, e na face oposta o revestimento selará termicamente não apenas sobre si próprio mas também com o polímero co-poliéster extrudido, permitindo a formação de sacos de embalagem convencionais possuindo selagens terminais "em barbatana" e uma selagem de retorno "em bainha". Atenta a sua composição química, estes revestimentos baseados em solvente ou em água são eles próprios compostáveis e portanto não diminuem a compostabilidade da estrutura global. A tabela que se segue de resultados de testes ilustra a melhoria da resistência das ligações entre a película em celulose e um polímero em co-poliéster extrudido, quando se aplica previamente sobre a película em celulose um revestimento fino de co-poliéster baseado em solvente ou em água antes do revestimento por extrusão. Neste exemplo, revestiu-se por extrusão com polímero de co-poliéster "MATER-BI" 1669 de 40 mícron sobre a sua face previamente revestida, película em celulose de 22 mícron "NatureFlex" DNE previamente revestida sobre uma face, e, num teste em separado, o revestimento por extrusão foi 11 feito sobre a face não previamente revestida. Os resultados dos testes mostram um aumento significativo da força de ligação do revestimento extrudido de co-poliéster quando o polímero extrudido é aplicado sobre a face previamente revestida da película, em oposição à face não previamente revestida da película em celulose. Os resultados também mostram um aumento significativo da resistência da selagem térmica da película compósita quando a superfície revestida por extrusão com co-poliéster é termicamente selada consigo própria. | Resistência |da ligação j(g/25 mm) Revestimento com co-poliéster 126 "MATER-BI" por extrusão sobre j a superfície não revestida dei "NatureFlex" DNE j Resistência da selagem (g/25 mm) 1.025 Comentários Pouca/nenhuma ligação a "NatureFlex" não revestido Revestimento com co-poliéster j 641 8.540 Adesão excelente a "MATER-BI" por extrusão sobre \ "NatureFlex" a superfície previamente | previamente revestido revestida de "NatureFlex" DNE j

Além disto, na embalagem de muitos itens de produtos frescos é necessário modificar a permeabilidade da embalagem a gases para proporcionar uma vida útil mais prolongada. Isto é habitualmente conseguido utilizando um processo baseado num laser para se produzir um número controlado de micro-perfurações de dimensão previamente determinada na película, de modo a que a permeabilidade global a gases na embalagem micro-perfurada seja compatível com as características de respiração do produto embalado. 12

No entanto, quando se aplicam micro-perfurações a uma película de celulose é impossível controlar a permeabilidade a gases na embalagem porque as micro-perfurações vão diminuindo a sua dimensão (isto é, o seu diâmetro) à medida que a película absorve água do produto húmido que respira.

Verificou-se que quando a película de celulose é revestida por extrusão com um polímero co-poliéster adequado de acordo com a invenção, se pode evitar ou diminuir suficientemente o inchaço para evitar qualquer dano significativo no diâmetro das micro-perfurações formadas na película, tornando-a deste modo adequada para embalagem sob uma atmosfera gasosa modificada ou controlada para aumentar o período de vida útil de produtos frescos.

Adicionalmente, a barreira a gases inerente à película em celulose é afectada pelo conteúdo em humidade na película. Isto torna difícil controlar a permeabilidade a gases na embalagem quando se utiliza uma película em celulose para embalar produtos húmidos. Tal como se mencionou acima, uma camada interior revestida por extrusão em co-poliéster, embora não seja ela própria uma barreira à humidade, diminui no entanto a absorção de humidade proveniente do produto embalado por parte da película em celulose e permite à película em celulose manter melhor as suas propriedades inerentes como barreira a gases. 13

Demonstrou-se em testes que as micro-perfurações numa película em celulose "NatureFlex" utilizada para embalar produtos frescos estão significativamente diminuídas. Num conjunto de ensaios, verificou-se que micro-perfurações com um diâmetro original de 90 mícron fechavam por completo quando se utilizava a película para embalar um produto fresco. A extensão da diminuição das dimensões das perfurações também pode ser influenciada pela humidade relativa da atmosfera fora da embalagem. Quando a atmosfera fora da embalagem for seca, a película em celulose perderá alguma da humidade que retém para a atmosfera e a diminuição de dimensão das perfurações é menor. O mesmo produto fresco embalado numa película compósita incluindo uma película de celulose "NatureFlex" revestida por extrusão com uma camada de 30 mícron de co-poliéster aplicada à superfície interior da embalagem apenas apresenta uma pequena (5 %) diminuição do diâmetro das perfurações.

As perfurações mais pequenas denotam uma alteração do diâmetro e da área da perfuração desproporcionadamente maiores do que as perfurações maiores. Estas alterações do diâmetro da perfuração possuem um impacto sobre a velocidade da transmissão de gases através da película micro-perfurada. Isto tem implicações na utilização de película de celulose micro-perfurada em 14 embalagem de produtos frescos sob atmosfera modificada uma vez que a variabilidade da velocidade de transmissão gasosa da película afecta a capacidade da película para conservar o produto embalado em boas condições.

Para embalagem de produtos frescos sob atmosfera modificada o diâmetro médio das micro-perfurações é menor do que 200 micrómetro, e preferivelmente inferior a 150 micrómetro.

Em algumas aplicações em embalagem é necessária uma barreira muito elevada a gases (e humidade). A barreira necessária pode ser ainda mais forte que a proporcionada por uma película de celulose seca. Para embalagem de produtos secos, uma solução possível é aplicar uma camada adicional de barreira à película de celulose. Incluem-se nestas camadas os revestimentos baseados em solvente ou em água, de polímero de poli(álcool vinílico) ou de copolímeros de etileno com álcool vinílico, e revestimentos depositados de camadas finas de alumínio, óxido de alumínio e óxido de silício que se podem aplicar por um processo envolvendo revestimento em vazio. No entanto, para embalar produtos húmidos isto não é uma solução porque a película de celulose capta humidade a partir do produto o que aumenta o conteúdo em humidade na película. Isto diminui a eficácia da película em celulose como camada de barreira e provoca o inchaço da película resultando em danos devidos a quebras e ranhuras no caso de uma barreira em metal ou 15 óxido, em conjunto com a perda de resistência da selagem e da sua integridade.

De acordo com outra concretização reveste-se por extrusão um polímero co-poliéster biodegradável, compostável, sobre uma camada adicional barreira, para proporcionar um aumento significativo da barreira em ambientes de alta humidade, para além das protecções que poderiam ser previstas com razoabilidade. Além de diminuir a entrada de humidade através da camada da película em celulose e evitar o inchaço da película de celulose, crê-se que a camada depositada por extrusão também aumenta a eficácia da camada adicional barreira ao bloquear quaisquer defeitos nessa camada que pudessem contribuir para a transmissão de gases, e que proporciona uma camada com uma superfície especialmente lisa para diminuir o número de defeitos existentes.

Além disto, a adesão entre o revestimento polimérico em co-poliéster extrudido e uma superfície em alumínio de uma barreira adicional é boa e não necessita de revestimento adicional ou adesivo que poderia potencialmente afectar a sua compostabilidade.

Os resultados do teste seguinte mostram que ao revestir por extrusão um polímero co-poliéster biodegradável, compostável, sobre a superfície metálica de um revestimento metalizado de uma película em celulose "NatureFlex", consegue proporcionar-se um aumento 16 significativo da barreira em ambientes de alta humidade, para além dos níveis que se poderiam prever razoavelmente. A estrutura da película para o teste era como se segue (a partir do exterior da embalagem em direcção ao interior): jRevestimento em co-poliéster baseado em solvente ou j em água j :Película em celulose regenerada j ;Revestimento em co-poliéster baseado em solvente ou j |em água \

Deposição de alumínio em camada fina, em vazio \ iRevestimento em co-poliéster por extrusão j

Para este teste utilizou-se uma película em celulose de 23 mícron "NatureFlex" NM metalizada numa das suas faces e uma camada de 30 mícron extrudida de polímero co-poliéster Mitsubishi AZ91T sobre a face metalizada. Mediram-se para diversas amostras a Velocidade de Transferência de Oxigénio OTR e a Velocidade de Transmissão de Vapor MVTR. A melhoria do desempenho desta estrutura como barreira ao oxigénio e à humidade foi determinada, em comparação com as da mesma película sem o revestimento em co-poliéster, como se mostra na tabela adiante. \ Resistência da \ ligação (g/25 jmm) OTR (em seco) OTR (RH de 75 %) MVTR \ Comentários (38°C, \ RH de \ 90%) | Película em celulose "NatureFlex" jN/A <3 10 <10 | NM metalizada numa face \ s Película em celulose "NatureFlex" í600 <1 2.2 2.5 \Adesão excelente entre NM metalizada numa face e com | ío revestimento extrudido um revestimento extrudido de 30 | íem co-poliéster e a mícron de co-poliéster sobre a \ \ superfície metálica superfície metálica \ s

Lisboa 3 de Março de 2014.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Embalagem com atmosfera gasosa controlada para prolongar a vida útil de produtos frescos, incluindo uma estrutura em múltiplas camadas incluindo uma película biodegradável e compostável em celulose regenerada e um revestimento extrudido de um polímero co-poliéster biodegradável e compostável sobre a parte interior da embalagem, em relação à película em celulose, em gue a embalagem tenha sido micro-perfurada, tendo cada uma das perfurações um diâmetro médio inferior a 200 micrómetros.
2. Embalagem tal como a reivindicada na reivindicação 1, na gual a superfície interior da película em celulose regenerada seja previamente revestida com um revestimento em co-poliéster baseado em solvente ou em água, antes de ser revestida por extrusão com o polímero co-poliéster.
3. Embalagem tal como a reivindicada na reivindicação 2, na gual ambas as faces da película em celulose regenerada sejam previamente revestidas.
4. Embalagem com atmosfera gasosa controlada para prolongar a vida útil de produtos frescos, incluindo uma estrutura em múltiplas camadas, gue incluam uma película biodegradável e compostável em celulose regenerada, uma barreira adicional a gás ou vapor aplicada 2 sobre a película em celulose, e um revestimento por extrusão de um polímero co-poliéster biodegradável ou compostável sobre a camada barreira adicional no interior da embalagem em relação à película em celulose, em que a embalagem tenha micro-perfurações, cada uma das quais com um diâmetro inferior a cerca de 200 micrómetros.
5. Embalagem tal como reivindicada na reivindicação 4, na qual a face interior da película em celulose regenerada seja previamente revestida com uma cama de co-poliéster baseada em solvente ou em água, antes de ser revestida com a camada de barreira adicional.
6. Embalagem tal como reivindicada na reivindicação 5, em que ambas as faces da película em celulose regenerada sejam previamente revestidas.
7. Embalagem tal como reivindicada em qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a camada de revestimento extrudida em co-poliéster tenha uma espessura média maior do que 8 e menor do que 50 micrómetros.
8. Embalagem tal como reivindicada em qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a camada de revestimento extrudida em co-poliéster tenha uma espessura média maior do que 15 e menor do que 40 micrómetros.
9. Embalagem tal como reivindicada em qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a camada de 3 revestimento extrudida em co-poliéster inclua um co-poliéster alifático-aromático baseado em ácido tereftálico, ácido adipico e 1,4-butanodiol, ou um polímero de poli(succinato de butileno).
10. Embalagem tal como reivindicada na reivindicação 9, em que o referido polímero co-poliéster extrudido inclua o referido co-poliéster alifático-aromático e em que o co-poliéster alifático-aromático seja misturado com amido.
11. Embalagem tal como reivindicada em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, em que o polímero co-poliéster extrudido inclua um polímero de poli(succinato de butileno) e em que o polímero de poli(succinato de butileno) seja misturado com poli(ácido láctico) ou com amido.
12. Um método de fabricar uma embalagem com atmosfera gasosa controlada para prolongar a vida útil de produtos frescos, no qual se reveste previamente uma película biodegradável e compostável em celulose regenerada com um revestimento baseado em solvente ou em água, de um polímero co-poliéster biodegradável e compostável, e em que se extrude um revestimento em polímero de co-poliéster por extrusão sobre uma superfície previamente revestida da película em celulose regenerada, em que se formem micro-perfurações na embalagem, cada uma das quais com um diâmetro médio inferior a 200 micrómetros. Lisboa, 3 de Março de 2014.