WO1999067464A1

WO1999067464A1 - Procedimiento para la fabricacion de carton estucado para envasado de liquidos

Info

Publication number: WO1999067464A1
Application number: PCT/ES1998/000316
Authority: WO
Inventors: Juan José COSTAS POCH; Joseph Lluís BISBAL TUDELA
Original assignee: Erplip S.A.; Kemira Iberica S.A.
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 1999-12-29
Also published as: DE69804514D1; US6669816B1; ATE215146T1; RU2190717C1; BR9815926A; AU1158599A; DE69804514T2; EP1091043B1; ES2141062A1; RU2001102255A; ES2141062B1; CA2335823A1; EP1091043A1

Abstract

El procedimiento prevé la utilización de una dispersión encolante que comprende una dispersión acuosa de material de resina, un agente de encolante sintético y un compuesto de aluminio elegido dentro del grupo formado sulfato de aluminio y por polímeros de aluminio de fórmulas (1): [Al(OH)x(A)(3-x)]n o (2): [Al(OH)x(H3PO4)y(A)(3-x)]n donde A = Cl-, NO3?-, HCOO-, CH¿3COO-; o (3): [Al(OH)¿x?(H3PO4)y(SO4)(3-x)/2]n donde 'x' está en el intervalo 0,03 a 2,7 e 'y' en el intervalo 0,01 a 0,8 y n ≥ 2; y por sus mezclas.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE CARTÓN ESTUCADO PARA ENVASADO DE LÍQUIDOS

D E S C R I P C I Ó N

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de cartón estucado para envasado de líquidos (coated liquid packaging board), del tipo de los que utilizan una dispersión encolante que comprende una dispersión acuosa de material de resina, un agente de encolante sintético y un compuesto de aluminio.

Referencia a la técnica anterior

Una de las características principales del papel y productos similares es la hidrofobicidad o resistencia a la penetración de agua u otros líquidos, tales como ácido láctico, soluciones de peróxido de hidrógeno, etc. Los procedimientos principales para conferir propiedades hidrofóbicas al papel son el encolado en masa, que incide en toda la estructura del papel, el encolado superficial, más o menos limitado a la superficie del mismo, y combinaciones de ambos métodos. Los agentes de hidrofobicidad más habituales en el encolado en masa son resinas, agentes de encolado sintéticos, tales como dímeros de alquil cetena, isocianatos, anhídridos de ácidos y cloruro de carbamoílo y combinaciones de ambos componentes.

Se ha observado recientemente, sin embargo, que en el cartón para el envasado de líquidos (¡iquid packaging board) la resistencia inicial a la penetración por bordes (edge penetration) de soluciones de ácido láctico y de peróxido de hidrógeno caliente conseguidas con los métodos o productos tradicionales, no se mantiene tras un proceso de estucado o manipulado del cartón, hecho que supone problemas económicos, de tratamiento y en el usuario final. Se ha indicado que el encolado en masa con colas de resina catiónicas, tales como las descritas en las patentes ES-8900750, GB-2- 159153, EP-0-200002, US-A-3,966,654 y US-A-4, 199,369, o con una cola aniónica convencional de resina (emulsión, pasta o jabón) da al papel acabado una buena resistencia a la penetración por agua. Tienen, sin embargo, desventajas tales como algunas limitaciones de pH y temperatura, la dificultad de conferir al papel una buena resistencia a la penetración por líquidos ácidos o la necesidad de ser empleadas en cantidades comparativamente elevadas para conseguir un grado de encolado satisfactorio. Por otro lado, las dispersiones de resina se emplean ampliamente y no pueden ser reemplazadas por agentes de encolado sintéticos en cualquier circunstancia. Así, por ejemplo, las dispersiones de resina confieren una buena adhesión al cilindro satinador, proporcionando un mejor satinado del papel. Los agentes de encolado sintéticos reaccionan con la celulosa para dar un enlace irreversible. Aunque dichos agentes de encolado confieren generalmente una buena resistencia tanto al agua como a otros líquidos, también adolecen de ciertas desventajas. Por ejemplo, el proceso de encolado debe ser realizado en medio neutro o ligeramente alcalino (pH entre 7 y 8,5) para ser efectivo, pueden producirse reacciones de hidrólisis y pérdida de eficacia en agua y no puede conseguirse una buena resistencia a la penetración por bordes de soluciones calientes de peróxidos. Además, algunas propiedades de impresión son relativamente pobres. Es conocido que la combinación de resina y algunos agentes de encolado sintéticos permite obtener agentes de encolado de una aplicación más general, hecho que permite superar algunas de las desventajas antes citadas, cuando ambos componentes son empleados de manera individual. Por ejemplo, EP-A-0074544 describe un método de encolado empleando dispersiones catiónicas que contienen como fase dispersa partículas de resina fortificada así como partículas de agente de encolado sintético. EP-0-275851 describe un método de encolado mediante la utilización de las dispersiones aniónicas y catiónicas anteriormente descritas que contienen, además, un compuesto de polialuminio. EP-0- 693589 describe un método de encolado de papel y productos celulósicos similares que contienen carbonato calcico precipitado como carga, con el uso de las dispersiones anteriores. En WO 96/35841 una sal de metal alcalino inorgánica soluble en agua es adicionada para mejorar la estabilidad de dispersiones catiónicas de agentes de encolado basados en colas de resina o sintéticos. US-A-4,522,686 describe una dispersión encolante constituida por un agente de encolado sintético, resina fortificada y un agente de dispersión soluble en agua con nitrógeno en su composición, siendo los dos últimos los componentes de una cola de resina catiónica. EP-A-0 292 975 describe un método a utilizar en la producción de cartón para el envasado de líquidos. En las publicaciones anteriormente citadas, sin embargo, no se sugiere en ningún momento la existencia de problema alguno causado por una disminución en la resistencia a la penetración por bordes por soluciones de ácido láctico o de peróxido de hidrógeno caliente tras un proceso de estucado o manipulado, es decir, el cartón está dentro de especificaciones en la bobina pero, tras el mencionado proceso de estucado o manipulado, dicha resistencia disminuye hasta alcanzar un nivel en el que se mantiene constante.

Sumario de la invención

La invención se propone superar los inconvenientes apuntados; esta finalidad se consigue por medio de un procedimiento del tipo indicado al principio y que está caracterizado porque dicho compuesto de aluminio es elegido dentro del grupo formado por sulfato de aluminio y por polímeros de aluminio de fórmula general 1 ,

[Al (OH)_x(A)₍₃._x)]_n (1 )

por polímeros de fórmula general 2

[AI (OH)_x(H₃PO₄)_y (A)₍3._{x) Jn} (2) donde A = CI^", N0₃-, HCOO^", CH₃COO- ; y por polímeros de fórmula general 3

[Al (OH)_x(H₃P0₄)_y (S0₄)₍₃._x)/2]_n (3)

donde "x" está en el intervalo 0,03 a 2,7, e "y" en el intervalo 0,01 a 0,8 y n

> 2; y por mezclas de dichos compuestos de fórmulas 1 , 2 y 3. Preferentemente "x" aparece en el rango 0,2-2,2 e "y" en el rango 0,02-

0,3.

Con ello, la presente invención provee una dispersión encolante y un procedimiento de encolado de material de fibra celulósica que reduce o elimina los problemas descritos anteriormente asociados con la técnica anterior, y más particularmente provee una aplicación de dicha dispersión encolante que mejora la resistencia a largo término tras un proceso de estucado o manipulado de la penetración por bordes por soluciones de ácido láctico o de peróxido de hidrógeno caliente.

La dispersión encolante se adiciona al material fibroso en una cantidad de 0,01-10% en peso, calculada como agente de encolado seco sobre fibras celulósicas secas.

Se ha observado que dicha dispersión empleada en el proceso de fabricación de cartón estucado para el envasado de productos líquidos confiere a sus bordes una alta resistencia a la penetración por peróxido de hidrógeno caliente y ácido láctico que se mantiene con el paso del tiempo.

Dicha dispersión permite, además, el trabajo en un amplio margen de pH

(entre 5 y 8). Estos efectos sorprendentes son incluso más inesperados, ya que se ha observado que el uso de un agente de encolado sintético, tal como el AKD, una dispersión de material de resina y alúmina o, alternativamente, el uso de combinaciones de resina y agentes de encolado sintéticos, tales como los descritos en las patentes mencionadas, no conducen a los mismos efectos de encolado. Los polímeros de aluminio descritos en las fórmulas 2 y 3, además de iones fosfato contienen asimismo iones hidroxilo, cloruros, nitratos, formiatos, acetatos y sulfatos como contraiones.

La presencia de fosfato en las fórmulas anteriores se indica como ácido fosfórico, si bien en soluciones de polifosfato de aluminio diluidas o fuertemente básicas, parte del fosfato puede estar presente como H₂P0₄ ^~.

Los factores "x" e "y" son independientes de la forma en que el fosfato esté presente.

Dependiendo del método seguido en la producción del polifosfato de aluminio, éste puede contener una sal neutra del tipo sulfato, cloruro o formlato de Na⁺, K⁺, NH₄\ Ca²⁺, o Mg²⁺. Los fosfatos de polialuminio de la presente invención pueden prepararse mediante la adición de aluminio metal a la solución de la correspondiente sal de aluminio, llevando la mezcla resultante hasta ebullición y adicionando finalmente ácido fosfórico. El número de átomos de aluminio en los compuestos de fórmula generan

1 , 2 y 3 depende, entre otros factores, de la concentración y el pH. La relación molar de aluminio respecto al contraión, con la excepción de los iones hidroxilo, debe ser al menos 0,34:1 y preferiblemente al menos

0,65:1. Dichos compuestos son substancialmente diferentes de los descritos, por ejemplo, en WO 94/01619 y EP-62015, especialmente polisulfatos de aluminio, que no eran suficientemente estables, ni las correspondientes dispersiones encolantes.

En las dispersiones de la invención, los compuestos de aluminio están presentes en una proporción de al menos 5% en peso, más preferiblemente 20-60% en peso, calculado como aluminio sobre material de resina en la dispersión encolante.

La dispersión encolante de la presente invención comprende material de resina en combinación con agentes de encolado sintéticos.

El material de resina empleado en las dispersiones de la invención debe tener un elevado contenido en resina libre. Resina y material de resina se refieren a los tipos conocidos de resina de pino, denominada colofonia (gum rosin, wood rosin), resina de tall oil y mezclas de las mismas. El agente de encolado basado en la resina puede seleccionarse de resina, resina modificada, resina fortificada y mezclas de las mismas. Resina modificada es resina que ha sido modificada según el estado de la técnica, tal como resina desproporcionada, resina hidrogenada, resina polimerizada, resina esterificada, etc. El material de resina es preferentemente resina fortificada, es decir, el aducto de Diels-Alder obtenido según la manera conocida por la reacción entre la resina, opcionalmente modificada como se ha descrito, y un compuesto carbonílico α,β-insaturado, tales como pentaeritrita, ácido fumárico, ácido maleico o sus anhídridos o esteres ácidos de ácido acrílico y metacrílico. En aquellas dispersiones de acuerdo con la presente invención, el grado de fortificación del material resínico puede alcanzar el 16% en peso del compuesto carbonílico α,β-insaturado, basado en el peso total de resina fortificada.

La cantidad de componente resínico presente en el agente de encolado basado en la resina oscila en el rango de 25-80% en peso basado en la cantidad total de agente de encolado resínico. Preferentemente el componente resínico está presente en una cantidad entre el 40 y 60% en peso.

Además del material de resina, la dispersión encolante de la presente invención comprende también un agente de encolado sintético. Agentes de encolado sintéticos son bien conocidos en el estado de la técnica y preferentemente incluyen al menos un miembro del grupo constituido por dímeros de cetena, anhídridos de ácido, isocianatos orgánicos, cloruros de carbamoílo y mezclas de los mismos. Dímeros de cetena (AKD) son escogidos preferentemente.

Los dímeros de cetena (AKD) tienen la siguiente formula general:

donde tanto R, como R₂ representan grupos hidrocarbonados con un número de átomos de carbono que oscila aproximadamente entre 6 y 30, siendo generalmente grupos alquílicos de 12 a 20 átomos de carbono, tales como restos hexadecilo y octadecilo. La fase dispersa de la composición encolante de la presente invención está constituida por partículas de material de resina, del agente de encolado sintético o de una mezcla del material de resina y del agente de encolado sintético, conteniendo la mezcla del 10 al 95% en peso de resina. Dado que las partículas contienen una mezcla homogénea de los agentes de encolado activos, la proporción en peso en cada partícula de la dispersión oscilará en el mismo margen antes indicado.

El contenido en sólidos de las dispersiones de la invención es al menos un 1% y preferentemente al menos del 5% en peso. El límite superior depende del tipo de agente de encolado empleado y generalmente es del 60% en peso.

Dispersiones de partículas mezcladas se preparan sin el uso de agentes dispersantes o empleando uno o varios agentes dispersantes del grupo de agentes dispersantes aniónico, catiónico o no-iónico. La cantidad del agente dispersante debe ser suficiente para dar a las dispersiones la estabilidad deseada. El límite superior no es critico, si bien raramente se emplea una cantidad superior al 5% en peso.

Agentes dispersantes catiónicos pueden seleccionarse, por ejemplo, de agentes dispersantes que contengan nitrógeno, tales como compuestos de amonio cuaternario y sales de aminas terciarias. Coloides protectores o agentes de retención, tales como almidón catiónico, caseína, derivados celulósicos, polivinilalcoholes, poliacrilamidas, polietileniminas, poliaminas, poliamidoaminas, polietileaminas o poliacrilatos pueden incluirse también en las dispersiones. Surfactantes aniónicos pueden seleccionarse entre sulfatos de alquilo, sulfonatos de alquilo, sulfonatos de alquilarilo, p.e. laurilsulfato sódico o lignosulfonato sódico. Agentes dispersantes no iónicos pueden ser alcoholes alcoxilados, alquilfenoles y ácidos grasos, esteres parciales de ácidos grasos y alcoholes polivalentes, con 2 a 8 átomos de carbono, o derivados anhidros de los mismos y derivados alcoxilados de los mismos.

Las nuevas dispersiones catiónicas acuosas de agentes de encolado resínicos pueden prepararse mediante la homogeneización de la substancia activa en agua en presencia de un agente de dispersión con agitación y altas temperaturas, de manera que la fase dispersa quede constituida por finas partículas. La substancia activa a homogeneizar es un componente de resina. La fase dispersa caliente se enfría y se mezcla con el compuesto de aluminio. La dispersión final se homogeneiza. Dispersiones acuosas o emulsiones de agentes de encolado sintéticos son conocidas en el estado de la técnica y disponibles comercialmente. Tales dispersiones pueden prepararse de manera convencional, es decir, mediante la mezcla del agente de encolado sintético con una solución acuosa del agente emulsionante o dispersante y tratando la mezcla a través de un homogeneizador.

La dispersión de la invención puede contener partículas dispersas de agente de encolado resínico y partículas dispersas de agentes de encolado sintéticos, o partículas dispersas de una mezcla de agente de encolado resínico y agentes de encolado sintéticos, o una combinación de las partículas dispersas mencionadas. Aquellas dispersiones que contienen partículas discretas de agente de encolado resínico y agentes de encolado sintéticos pueden prepararse mediante la mezcla de dispersiones preformadas de agente de encolado resínico con una dispersión preformada del agente de encolado sintético. La modificación del procedimiento anterior es posible y dentro del estado de la técnica a la que pertenece la invención.

Las dispersiones descritas son particularmente adecuadas para el encolado del papel, cartón, cartoncillo y productos de fibra celulósica similares. Las dispersiones pueden utilizarse en el encolado en masa y superficial. Son preferentemente usadas en el encolado en masa y adicionada de manera convencional. Productos químicos convencionales en la producción de papel, tales como agentes de retención y/o drenaje, compuestos de aluminio, cargas, resinas de resistencia en húmedo, colorantes, blanqueantes, etc., pueden emplearse con las presentes dispersiones. Las dispersiones pueden utilizarse en una dosis del 0,01 al 10% en peso del agente de encolado seco respecto a las fibras de celulosa secas, preferentemente en una cantidad del 0,025 al 1 % en peso del agente de encolado.

La invención se ¡lustra con los ejemplos siguientes que no pretenden, sin embargo, limitarla. Partes y porcentajes se refieren a partes en peso y porcentajes en peso respectivamente, mientras no se especifique lo contrario.

Ejemplo 1

100 partes de resina y 8 partes de anhídrido maleíco se calientan a 200°C durante 2 horas con agitación. La temperatura se reduce a 160- 170°C y se añaden 5 partes de una solución al 20% de hidróxido sódico con agitación lenta. Finalmente, se añaden 50 partes de una solución al 10% de caseína, con agitación vigorosa. La concentración final se ajusta con agua y la emulsión resultante se deja enfriar.

Ejemplo 2

50 partes de una emulsión según el Ejemplo 1 se mezclan con fuerte agitación con 50 partes de una solución de polifosfato cloruro de aluminio, que contiene un 9% de aluminio. La emulsión resultante se agita durante 1 hora.

Ejemplo 3

50 partes de emulsión de encolante resínico del Ejemplo 5 se mezclan con 50 partes de una emulsión de AKD que contiene un 15% de cera de AKD, a 40°C. La emulsión resultante se agita durante 1 hora.

Ejemplo 4 40

Se preparan muestras de cartón para su uso en el embalaje aséptico de productos diarios. La pasta original se trata de manera convencional antes de ser empleada en una máquina de papel también convencional. Las muestras de cartón están constituidas por dos capas. La superior formada por una mezcla 70:30 de fibra corta blanqueada y fibra larga kraft (°SR 22-35), con un gramaje de 55 g/m².la capa inferior está formada por un 60% de fibra kraft larga no blanqueada y 40% de recorte (°SR 15-27), con un gramaje de 130 g/m². Las hojas se secan hasta una humedad del 4,5-5,0% en bobina, siendo algunas de las muestras estucadas (18 g/m²). Las dispersiones encolantes se adicionan justo después de la bomba de dilución.

La dispersión del Ejemplo 3 se compara con un sistema de encolado tradicional que emplea una dispersión aniónica de resina, una dispersión de AKD y una sal de aluminio. En la tabla siguiente se muestran los valores de penetración por bordes (edge-penetration) por una solución del 1 % de ácido láctico a 25°C durante 60 min, según el estándar de Tetra- pak, y por una solución al 35% de agua oxigenada a 70°C durante 10 min, de acuerdo con el procedimiento recomendado por Tetra-pak. Se indica, asimismo, si las muestras están estucadas o no.

41-

Tabla I

Dispersión Tratamiento sup. Absorción por bordes Kg/m²

Ácido láctico H₂O₂

Ejemplo 3 Sin estucar 0,45 0,95

Ejemplo 3 Estucado 0,47 0,90

Convencional ^π Sin estucar 0,43 0,90

Convencional ^π Estucado 0,50 2,10

(*) Sistema convencional: emulsión de resina, emulsión de AKD y sal de aluminio

Claims

42R E I V I N D I C A C I O N E S

1.- Procedimiento para la fabricación de cartón estucado para envasado de líquidos, a partir de fibras celulósicas, el procedimiento siendo del tipo de los que utilizan una dispersión encolante que comprende una dispersión acuosa de material de resina, un agente de encolante sintético y un compuesto de aluminio, caracterizado porque dicho compuesto de aluminio es elegido dentro del grupo formado por sulfato de aluminio, polímeros de aluminio de fórmula general 1 ,

[Al (OH)_x(A)₍₃._x)]_n (1 )

por polímeros de fórmula general 2

[AI (OH)_x(H₃PO₄)_y (A)₍₃._x) ]_n (2)

donde A = CI^", N0₃ ^", HCOO^", CH₃COO^" ; por polímeros de fórmula general 3

[Al (OH)_x(H₃PO₄)_y (S0₄)₍₃._x)/2]_n (3)

donde "x" está en el intervalo 0,03 a 2,7, e "y" en el intervalo 0,01 a 0,8 y n > 2; y por mezclas de dicho sulfato y de dichos compuestos de fórmulas 1 , 2 y

3.

2.- Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque

"x" se halla comprendido entre 0,2 y 2,2; e "y" se halla comprendido entre 0,02 y 0,3.

3.- Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la relación molar de aluminio con respecto al contraión, con la excepción de los iones hidroxilo, es ≥ 0,34:1. 43-

4.- Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizada porque la relación molar de aluminio con respecto al contraión, con la excepción de los iones hidroxilo, es > 0,65:1.

5.- Procedimiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha dispersión encolante se adiciona a dichas fibras celulósicas en una cantidad comprendida entre el 0,01 y el 10% en peso, calculada como agente de encolado seco sobre fibras celulósicas secas.

6.- Procedimiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque material de resina es resina fortificada, obtenida por reacción de resina y un compuesto carbonílico α,β- insaturado.

7.- Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho compuesto carbonílico α,β- insaturado es ácido fumárico, ácido maleico o sus anhídridos o esteres ácidos del ácido acrílico o del ácido metacrílico.

8.- Procedimiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicho agente de encolante sintético es un dímero de cetena (AKD) de fórmula

donde R^ y R₂ son grupos hidrocarbonados C₆-C₃₀

9.- Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque dichos grupos hidrocarbonados son grupos alquílicos C₁₂-C₂₀