PT912340E - Material de embalagem laminado metodo de fabrico do mesmo e embalegem feita com o mesmo - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "MATERIAL DE EMBALAGEM LAMINADO, MÉTODO DE FABRICO DO MESMO, E EMBALAGEM FEITA COM O MESMO" O presente invento diz respeito a um material de embalagem laminado que é especialmente adequado para embalagens que podem ser seladas por acção do calor e que se destinam a conter produtos alimentares líquidos, e que compreende uma camada principal de papel ou de cartão e camadas barreira à prova de oxigénio e de odores constituídas por copolímero de etileno álcool-vinílico (EVOH) e por poliamida (PA). Além disso, o invento também diz respeito a um método de fabrico do referido material, e a uma embalagem para produtos alimentares líquidos fabricada com esse material, por exemplo pacotes de leite e de sumos de frutos.

Os materiais de embalagem laminados utilizados em embalagens para produtos alimentares líquidos e feitos à base de papel ou de cartão acham-se normalmente dotados de uma ou mais camadas barreira que se destinam a impedir a contaminação do produto embalado em consequência da oxidação, e a conservar o sabor do produto e as vitaminas nele contidas. De entre os materiais poliméricos, o EVOH é conhecido por possuir excelentes propriedades de barreira, mas a poliamida também tem sido utilizada em pacotes de embalagem de líquidos devido às suas boas propriedades de barreira.

Um exemplo da utilização da poliamida num pacote de embalagem de líquidos encontra-se descrito na publicação FI86610 e, de modo correspondente, a utilização de EVOH é descrita, por exemplo, na publicação -2- FI 89567. De acordo com ambas as publicações, o material de embalagem foi laminado em ambos os lados com uma camada exterior de polietileno de baixa densidade (LDPE) que pode ser selada por acção do calor, de maneira que a camada de cartão e a camada barreira de poliamida ou de EVOH vão ficar interpostas entre as camadas que podem ser seladas por acção do calor. Na publicação da patente US 4 701 360, são dados a conhecer materiais de embalagem laminados para embalagens para líquidos que, além da camada de EVOH, podem incluir outra camada barreira à prova de oxigénio, por exemplo de poliamida. De acordo com a publicação, a camada de EVOH está situada à superfície do material de embalagem, de maneira que também vai actuar como uma camada de selagem por acção do calor. Neste caso, o EVOH vai ficar em contacto com o líquido embalado, o que, no que diz respeito às propriedades de barreira do material, é uma solução pior do que uma em que a camada de EVOH vá ficar protegida por uma camada separada que possa ser selada por acção do calor.

Na publicação EP 0 318 771 é divulgado um laminado de embalagem que compreende camadas de EVOH e de poliamida em combinação com uma folha de alumínio. De acordo com esta publicação, a folha de alumínio constitui a principal barreira do laminado contra a passagem de gases, e a qualidade desta barreira foi aumentada por uma camada de EVOH, a fim de compensar o aparecimento de pequenas rachas que possam ocorrer na folha. Pode ser incluída uma camada opcional de poliamida (nylon) para absorver a humidade que penetre através das referidas rachas. De acordo com os ensinamentos, geralmente esta camada não é necessária, mas é preferível que se encontre presente quando o laminado correr o risco de poder ser submetido a fortes tensões exteriores, isto é, quando houver o risco das rachas poderem aumentar de extensão. No caso de ser incluída uma camada de poliamida, esta deverá ter uma espessura de 15-25 pm, de preferência 20 pm. A folha de alumínio presente no -3- material a nos laminados deste tipo vai formar uma excelente barreira contra o oxigénio, mas um inconveniente é o elevado custo da folha. O problema da utilização do EVOH nos cartões para embalagens para líquidos é o de ser mecanicamente fraco. Por exemplo, durante o fabrico das embalagens em forma de pacote, o material precisa de ser dobrado, o que irá facilmente dar origem à formação de rachas na camada de EVOH, enfraquecendo as suas propriedades de barreira. Além disso, a camada de EVOH tem tendência para formar orifícios na zona das suas juntas quando a embalagem é selada por acção do calor. Isto é provocado pela pressão do vapor de água que tenta libertar-se da camada de EVOH devido à aplicação de calor e que o EVOH não consegue reter. No que diz respeito a esta questão, verifica-se que a poliamida é um material melhor do que o EVOH, porque é menos vulnerável à formação de rachas quando é submetido a dobragem, e também é capaz de absorver a humidade libertada pelo cartão. Devido ao facto das propriedades de barreira não serem iguais às do EVOH, a poliamida não pode por si só substituir o EVOH, mas tentou-se resolver estes problemas combinando o EVOH e a poliamida num material de embalagem. Por conseguinte, na publicação FI 96752 é divulgado um método próprio para resolver o problema relacionado com a formação de orifícios através de uma adequada escolha do material para a camada barreira, sendo uma das alternativas aquela em que o material é um composto de EVOH e de poliamida. O objectivo consiste em reter a viscosidade e a resistência do material da camada barreira à temperatura em que é feita a selagem por acção do calor. Também na publicação da patente US 4 977 004 onde é divulgado um cartão de embalagem de produtos alimentares que compreende duas camadas separadas de EVOH se recomenda a combinação de EVOH e de poliamida sob a forma de um composto para melhorar a viscosidade da camada. No entanto, um inconveniente destas soluções é o de que as propriedades do EVOH são prejudicadas devido à poliamida presente no composto. A melhor maneira de fazer com que o material -4- se tome à prova de oxigénio e de odores consiste em incluir uma camada contínua e substancialmente limpa de EVOH no material de embalagem. Além disso, descobriu-se que o composto de EVOH e de poliamida é mais difícil de extrudir do que os materiais poliméricos puros, principalmente devido à tendência que o composto tem para formar um gel. O objectivo do presente invento consiste em proporcionar uma solução para combinar o EVOH e a poliamida especialmente num material de embalagem laminado para produtos alimentares líquidos sem os anteriormente referidos inconvenientes. Por conseguinte, o objectivo do invento consiste em impedir a formação de orifícios na camada que contém EVOH e, simultaneamente, em fazer com que a quantidade de polímero presente nas camadas se mantenha tão baixa quanto possível.

Os objectivos anteriormente referidos são alcançados por meio de um material de embalagem laminado (1) especialmente para embalagens para produtos alimentares líquidos que podem ser seladas por acção do calor, compreendendo uma camada principal (3) de papel ou de cartão e camadas barreira (4, 5) à prova de oxigénio e de odores constituídas por camadas de copolímero de etileno álcool-vinílico e de poliamida, caracterizado por o peso da camada (4) de poliamida se encontrar dentro da gama de valores compreendidos entre 1 e 8 g/m , por a camada (5) de copolímero de etileno álcool-vinílico e a camada (4) de poliamida serem ligadas directamente uma à outra sem uma camada intermédia de material adesivo, e por o material incluir em ambos os lados umas camadas (2, 7) de material polimérico que podem ser seladas por acção do calor, de maneira que a camada principal (3) e as referidas camadas barreira (4, 5) vão ficar situadas entre as camadas que podem ser seladas por acção do calor.

Portanto o presente invento baseia-se na constatação de que podem ser combinadas as excelentes propriedades de barreira do EVOH e a viscosidade e ausência de orifícios na poliamida, sem deterioração de quaisquer propriedades, através de um processo que consiste em juntar as camadas barreira dos referidos materiais directamente uma à outra sem uma camada intermédia de material adesivo, como por exemplo a camada de Surlyn, que tem sido tipicamente utilizada para promover a aderência entre camadas diferentes em cartões de embalagem para líquidos. A boa aderência entre as camadas de EVOH e de poliamida observada de acordo com o presente invento é supostamente devida parcialmente a uma reacção química entre polímeros e parcialmente à polaridade, isto é, à junção do EVOH carregado negativamente e da poliamida carregada positivamente. A ausência da camada de material adesivo reduz o número de camadas em comparação com outras estruturas multicamada convencionais, o que quer dizer que o processo de extrusão se toma mais simples e dá origem a uma poupança de materiais. A poupança de materiais e a maior leveza da estrutura também podem ser obtidas porque as necessárias propriedades de barreira e a ausência de orifícios podem ser proporcionadas com menores quantidades de EVOH e de poliamida do que aquelas que anteriormente eram necessárias. De uma maneira geral, as camadas poliméricas laminadas de cartão têm potencialmente um efeito negativo sobre o odor e o paladar de um produto e por esse motivo o invento contribui para o objectivo geral de fazer com que a quantidade de polímeros num material de embalagem se mantenha tão baixa quanto possível. O material de embalagem do presente invento também pode suportar os processos de esterilização incluídos na embalagem asséptica de produtos.

De acordo com o presente invento, uma característica do EVOH e da poliamida consiste no facto deles poderem ser ligados um ao outro ou à camada principal de papel ou de cartão do material de embalagem sem uma camada intermédia de material adesivo. Em vez disso pode ser necessária uma camada de material adesivo entre as camadas barreira e a camada que pode ser selada por acção do calor que se encontra situada na superfície do material. As camadas que podem ser seladas por acção do calor que se encontram situadas em ambos os lados do material podem vantajosamente ser feitas de poliolefina, como por exemplo LDPE. Por exemplo, o Surlyn ou o LDPE modificado com anidrido maleíco pode ser utilizado como material adesivo.

No caso das camadas barreira ficarem dispostas no material de embalagem de maneira a que a camada de poliamida vá ficar situada pais próximo da camada principal de papel ou de cartão, a poliamida vai proteger a camada de EVOH ao receber e absorver a humidade libertada pela camada de cartão quando se procede à selagem por acção do calor. A camada de EVOH fica protegida contra a formação de orifícios e conserva a sua impermeabilidade ao oxigénio e aos odores nas juntas. No entanto, também é possível aplicar a camada de EVOH contra a camada principal de papel ou de cartão, o que é menos vantajoso para a impermeabilidade das camadas, mas que, por outro lado, tem a vantagem da excelente aderência do EVOH ao papel ou ao cartão. Neste caso não é preciso estabelecer limites quanto à qualidade do papel ou do cartão utilizado no material de embalagem.

Para as propriedades de barreira, a quantidade suficiente de poliamida no material de embalagem é de 1-8 g/m , de preferência 2-5 g/m , e a quantidade de EVOH igualmente de 1-8 g/m , de preferência 2-5 g/m . Em materiais de embalagem conhecidos dotados de uma camada barreira de EVOH ou de poliamida, as quantidades típicas têm sido de 6-8 g de EVOH/m e de 8-10 g de PA/m2. Por conseguinte, as camadas opostas e separadas de EVOH e de polímero do material de embalagem do presente invento não fazem aumentar a quantidade de polímero requerida pelas camadas barreira do material de embalagem, sendo antes pelo contrário capazes de reduzir a referida quantidade de polímero. A quantidade de polímero na camada que pode ser selada por acção >> do calor pode ser de 5-50 g/m em ambos os lados do material. O método do presente invento para o fabrico do referido material de embalagem laminado, em que as camadas de material *polimérico laminado são aplicadas sobre uma camada principal de papel ou de cartão mediante extrusão, é caracterizado por o EVOH e a poliamida serem aplicados um contra o outro sob a forma de bandas no estado de fusão, após o que são aplicados sobre a camada principal sob a forma de uma banda combinada. Os materiais barreira têm depois tempo para ficar eficazmente amalgamados antes de serem aplicados no papel ou no cartão e de, em seguida, solidificar.

Uma embalagem para produtos alimentares líquidos característica do presente invento, que é fabricada a partir do referido material de embalagem através de um processo de selagem por acção do calor, é tipicamente um pacote selado com uma forma principalmente rectangular e pode conter, por exemplo, leite, natas, leite coalhado, iogurte, sumo de fruta ou vinho. No entanto, pode-se referir que as camadas barreira de material polimérico não vão apenas actuar como barreira contra a passagem de oxigénio ou de odores numa embalagem que ainda não tenha sido aberta, mas que também vão ajudar a conservar o produto mesmo depois da embalagem ter sido aberta. O invento irá em seguida ser descrito de uma maneira mais pormenorizada com a ajuda de exemplos de modos de realização e de ensaios de referência, e com referência aos desenhos anexos em que: a Fig. 1 é uma vista esquemática de um material de embalagem laminado, de acordo com o presente invento; -8- a Fig. 2 é uma vista esquemática de outro material de embalagem laminado característico do presente invento; e a Fig. 3 descreve a extrusão das camadas de material polimérico presentes no material e a sua aplicação sobre o cartão. A segunda camada de superfície 2 do material de embalagem 1 do presente invento, que forma a superfície exterior da embalagem a ser fabricada e que actua como uma camada de selagem por acção do calor na embalagem, é feita de um polietileno de baixa densidade (LDPE). Em seguida encontra-se a camada principal 3 fabricada de cartão, por exemplo polpa químico-termo-mecânica (CTMP). Em seguida encontram-se as camadas barreira 4, 5 contra a passagem de oxigénio e de odores, que são juntas uma à outra e à camada principal 3 de cartão sem a presença de uma camada intermédia de material adesivo. No modo de realização da Fig. 1, a camada barreira 4 aplicada contra a camada principal 3 é de poliamida (PA), e a segunda camada barreira 5 aderida à camada de poliamida é de copolímero de etileno álcool-vinílico (EVOH). A camada 5 de EVOH é seguida pela camada 6 de material adesivo constituído, por exemplo, por LDPE modificado com anidrido maleíco, cuja finalidade consiste em ligar a camada de EVOH à segunda camada de superfície 7 do material, que é o LDPE. Quando se efectua a ligação, a referida camada de superfície 7 vai actuar como uma camada de selagem por acção do calor que se vai juntar à segunda camada de superfície 2, e vai formar um superfície interior que vai ficar em contacto com o líquido contido no interior da embalagem acabada. O material de embalagem 1 da Fig. 2 é semelhante ao da Fig. 1, com excepção da ordem das camadas 4, 5 de EVOH e de poliamida. Na Fig. 2, contra a camada principal 3 de cartão é aplicada uma camada 5 de EVOH, indo a -9- camada 4 seguinte, de poliamida, ligar-se à camada 7 de LDPE, que pode ser selada por acção do calor e que forma a superfície interior da embalagem, por meio de uma camada 6 de material adesivo.

Na Fig. 3 encontra-se esquematicamente representado o fabrico do material de embalagem 1 de acordo com a Fig. 1, o qual é realizado extrudindo as camadas 2, 4-7 de material polimérico sobre uma banda 3 de cartão que forma a camada principal do material e que se encontra animada de movimento, indo o processo de extrusão ser controlado por uns rolos 8. Antes de se proceder ao revestimento, a banda 3 de cartão é submetida a um tratamento de corona 9. Cada uma das quatro camadas 4-7 de material polimérico sobrepostas, destinadas a ser aplicadas sobre o cartão, é retirada de cada um dos seus próprios recipientes 10-13 a partir dos quais os materiais poliméricos são guiados para um bico injector 14 que vai amalgamar os materiais poliméricos uns contra os outros em camadas e aplicar os materiais poliméricos sobre o cartão 3 de maneira a formar uma única banda combinada 15. A extrusão de uma camada 2 de material polimérico que pode ser selada por acção do calor e que se destina a ser aplicada no lado oposto da banda 3 de cartão, não representada na Fig. 3, pode ser realizada de uma maneira substancialmente semelhante. As quantidades de Λ polímero a ser extrudido podem ser, por exemplo, de 2-10 g/m na camada barreira 4, de 2-10 g/m2 na camada barreira 5, de 3-10 g/m2 na camada 6 de material adesivo, de 10-50 g/m2 na camada 2 oposta ao material de embalagem que pode ser selada por acção do calor e que não se encontra representada na Fig. 3. O peso da camada principal 3 pode ser de 200-400 g/m2.

Ensaios de referência

Um material de embalagem laminado de acordo com o invento foi fabricado sendo formado, de acordo com a Fig. 1, a partir de uma camada 2 de -10- LDPE com um peso de 20 g/m , de uma camada 3 de cartão, de uma camada 4 de poliamida com um peso de 5 g/m2, de uma camada 5 de EVOH com um peso de 5 g/m , de uma camada 6 de material adesivo com um peso de 5 g/m , e de uma camada 7 de LDPE com um peso de 41 g/m2. Este material foi comparado com os três materiais de referência, o primeiro dos quais (o material de referência 1) Λ constituído por uma camada de LDPE com um peso de 14 g/m , uma camada de cartão, uma camada de EVOH com um peso de 5 g/m2, uma camada de material adesivo com um peso de 6 g/m2, e de uma camada de LDPE com um peso de 45 g/m2; o segundo (material de referência 2) constituído por uma camada de Λ LDPE com um peso de 20 g/m , uma camada de cartão, uma camada de poliamida com um peso de 5 g/m , uma camada de material adesivo com um peso de 6 g/m , e uma camada de LDPE com um peso de 41 g/m ; e o terceiro (material de referência 3) constituído por uma camada de LDPE com um peso de 20 g/m2, uma camada de cartão, uma camada barreira incluindo sob a forma de um composto 47,5% de EVOH, 47,5% de poliamida, e 5% de um copolímero de etileno acrilato de metilo com um peso de 5 g/m2, uma camada de material Λ adesivo com um peso de 6 g/m , e uma camada de LDPE com um peso de 41 g/m2.

Nos referidos materiais foi em primeiro lugar determinada a densidade de oxigénio através da medição da quantidade de oxigénio que penetrou através do material a 23 °C por metro quadrado da superfície durante um período de 24 horas sob a forma de uma média de penetração obtida a partir de 2-4 exemplares de ensaio. Os resultados encontram-se representados no Quadro 1. - 11 -

Quadro 1 Material Penetração de O2 (cm2/m2.24h) Espessura média do material (pm) Invento 2,56 506 Material de referência 1 2,87 503 Material de referência 2 7,0 505 Material de referência 3 11,5 512 A vulnerabilidade dos materiais para formar orifícios durante o processo de selagem por acção do calor foi em seguida ensaiada por meio de um chamado ensaio de formação de bolhas, em que foi utilizada uma sopragem com ar quente. O ensaio foi realizado da maneira que se indica a seguir. O exemplar de material a ser ensaiado foi colocado num suporte que se deslocava para trás e para a frente com uma velocidade constante de 200mm/s sob a acção de uma sopragem com ar quente. A distância entre o elemento de sopragem e a superfície do exemplar de material foi de 7 mm, e a temperatura do ar soprado 350°C, e a humidade relativa 100%. A sopragem com ar quente provocou a fusão do material plástico. A resistência do material à formação de orifícios pôde então ser determinada com base no número de vezes que o material passou defronte do elemento de sopragem antes que se formassem os primeiros orifícios e na maneira como prosseguiu a formação de orifícios ao mesmo tempo que o movimento continuava a realizar-se. A formação de orifícios no material foi investigada e classificada segundo uma escala de quatro valores que se indica a seguir. E = não danificado; H = muito poucos orifícios; V = poucos orifícios; e P = muitos orifícios. Os resultados encontram-se representados no Quadro 2. - 12-

Quadro 2

Número de passagens 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Invento E E E E E E E E E E Material de referência 1 E E E H H V P P Material de referência 2 E E E E E H H H H H Material de referência 3 E E E E E H H H V V

Os resultados mostram que o material de embalagem do presente invento é melhor do que os três materiais de referência. A superioridade foi especialmente evidente no ensaio de formação de bolhas que mede a vulnerabilidade do material à formação de orifícios, no qual o material do invento aguentou 10 passagens (5 movimentos alternativos) sob a acção de uma sopragem com ar quente sem que se verificasse qualquer formação de orifícios. O ensaio não prosseguiu para além disso porque a camada principal do material constituída por cartão poderia começar a ficar queimada. A formação de orifícios foi observada em todos os três materiais de referência no máximo após seis passagens, e em especial o material de referência 1 compreendendo apenas a camada de EVOH ficou totalmente destruído logo depois de sete passagens devido à abundante formação de orifícios.

Para os entendidos na matéria é obvio que vários modos de realização do invento não se acham limitados aos exemplos anteriores, podendo antes pelo contrário variar dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Lisboa, 25 de Maio de 2000

JORGE CRUZ

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBOA

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Material de embalagem laminado (1) especialmente para embalagens para produtos alimentares líquidos que podem ser seladas por acção do calor, compreendendo uma camada principal (3) de papel ou de cartão e camadas barreira (4, 5) à prova de oxigénio e de odores constituídas por camadas de copolímero de etileno álcool-vinílico e de poliamida, caracterizado por o peso da camada (4) de poliamida se encontrar dentro da gama de valores Λ compreendidos entre 1 e 8 g/m , por a camada (5) de copolímero de etileno álcool-vinílico e a camada (4) de poliamida serem ligadas directamente uma à outra sem uma camada intermédia de material adesivo, e por o material incluir em ambos os lados umas camadas (2, 7) de material polimérico que podem ser seladas por acção do calor, de maneira que a camada principal (3) e as referidas camadas barreira (4, 5) vão ficar situadas entre as camadas que podem ser seladas por acção do calor.
2. 2. Material de embalagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as camadas barreira (4, 5) ligadas uma à outra serem aplicadas directamente contra a camada principal (3) de papel ou de cartão sem uma camada intermédia de material adesivo.
3. 3. Material de embalagem, de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por as camadas barreira (4, 5) presentes no material se acharem dispostas de maneira a que a camada (4) de poliamida é a que fica situada mais próximo da camada principal (3) de papel ou de cartão.
4. 4. Material de embalagem, de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por as camadas barreira (4, 5) presentes no -2- material se acharem dispostas de maneira a que a camada (5) de copolímero de etileno álcool-vinílico é a que fica situada mais próximo da camada principal (3) de papel ou de cartão.
5. 5. Material de embalagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as camadas (2, 7) que podem ser seladas por acção do calor e que formam as camadas de superfície do material Λ serem feitas de poliolefina, como por exemplo poliolefina de baixa densidade.
6. 6. Material de embalagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o peso da camada (4) de poliamida ser de 2 a 5 g/m .
7. 7. Material de embalagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o peso da camada (5) de copolímero de etileno álcool-vinílico se encontrar dentro da gama de valores compreendidos entre 1 e 8 g/m .
8. 8. Material de embalagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o peso da cada uma das camadas (2, 7) que podem ser seladas por acção do calor se encontrar dentro da gama de valores compreendidos entre 5 e 50 g/m .
9. 9. Método de fabrico de um material de embalagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, em que as camadas de material polimérico laminadas são aplicadas sobre a camada principal (3) de papel ou de cartão por meio de um processo de extrusão, caracterizado por o copolímero de etileno álcool-vinílico (5) e a poliamida (4) serem aplicados um contra o outro sob a forma de bandas no estado de fusão, e assim aplicados sobre a camada -3- principal (3) de maneira a formarem no seu conjunto apenas uma camada combinada.
10. 10. Embalagem selada para produtos alimentares líquidos, caracterizada por ser fabricada através de um processo de selagem por acção do calor, a partir de um material de embalagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8. Lisboa, 25 de Maio de 2000

    JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBOA