"COMPOSICIÓN TERMOPLÁSTICA PARA EL RECUBRIMIENTO DE LA SOLDADURA. INTERNA DE ENVASES METÁLICOS Y PROCEDIMIENTO PARA APLICAR LA MISMA"
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada con las técnicas de recubrimiento de soldaduras de envases, y más particularmente está relacionada con una composición teriηoplástica para el recubrimiento de la soldadura interna de envases metálicos y con un procedimiento para aplicaf la misma.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es bien sabido en el arte previo que las máquinas de soldar, particularmente aquellas utilizadas en ja fabricación de envases metálicos, tienen añadido un sistema para la aplicación electrostática de un recubrimiento del tipo del barniz o pintura, que se coloca longitudinalmente sobre ja toldadura interna como protección de la misma, evitando así la corrosión y en el caso de la industria de los alimentos, la contaminación de los mismos. Uno de los principales inconvenientes de esta tecnología consiste en el hecho de que una aplicación deficiente del barniz o pintura tiene como consecuencia que el envase soldado se deseche puesto que no es posible remover el barniz o la pintura fácilmente, lo cual trae como consecuencia, el incremento en los costos de producción. Con la finalidad de resolver el problema anteriormente mencionado, se ha contemplado en el estado de la técnica sustituir al barniz o a la pintura por un recubrimiento de material termpplástico del tipo que se conoce como hot-mel Según el estado de la técnica, tales materiaíes termoplástícos se aplican en la parte longitudinal de la soldadura interna de un envase metálico mediante el uso de un aparato que recibe el material termoplástico en estado sólido, tal aparato aumentando la temperatura de dicho material termoplástico para así convertirlo a una forma fluida y aplicarlo sobre la soldadura interna del envase metálico mediante una boquilla o dado de aplicación. Por ejemplo, la patente norteamericana No. 6,146,695 describe una película protectora continua que consiste de un material sintético termoplástico, el cual se aplica a la parte longitudinal de la soldadura interna de envases metálicos. El materia! sintético termoplástico se alimenta en forma de granulos o barras a un aplicador, donde es precalentado, fundido y transportado a una boquilla en un estado líquido homogéneo. La abertura de descarga de la boquilla es guiada en una distancia constante ajustable
desde el lado interior de la soldadura longitudinal del envase metálico y el material sintético líquido se aplica en cantidades dosificadas. De manera similar, en la patente norteamericana No. 5,296,078 se describe un proceso en donde se monta en el brazo de una máquina de soldadura un conducto de aplicación coaxial con medios de transporte y una boquilla de aplicación. Dentro de este conducto dé aplicación se alimenta una masa de hot-melt en forma de bloque, la cual se funde en el área de un calentador y se hace pasar por un tubo hacia la boquilla de aplicación, para posteriormente aplicarse o atomizarse a lo largo del eje longitudinal de la soldadura interna de un recipiente de metal. En la solicitud de la Patente Europea No. 623,392 se describe un método y un aparato para aplicar una película de un material de recubrimiento hot-me|t, sobre áreas de soldadura interna de envases de metal. El material de recubrimiento hot-melt, se aplica en forma líquida sobre dichas áreas de soldadura para ser curado mediante el enfriamiento de dicho material a una temperatura de curado por debajo de la temperatura de aplicación. Como se puede obs rvar de los documentos arriba mencionados, ia aplicación de hot-melt en caliente, es decir, en condición fluida, permite recubrir la soldadura de los envases adecuadamente, con la ventaja de que el hαt*melt puede removerse fácilmente aumentando de nuevo la temperatura en caso de unεi aplicación deficiente. Sin embargo, a pesar de la ventaja que representa la aplicación de hot-melts en las soldaduras de envases como sustituto de barnices y pinturas, no ha podido implementarse a niveles industriales significativos debido a que implica la sustitución del equipo de aplicación electrostática normalmente utilizado en la industria, lo cual resulta aún más caro que el propio desperdicio producido por la aplicación deficiente de los recubrimientos tradicionales. Adicionalmente, el estado de la técnica no describe las propiedades que deben tener las composiciones para obtener un desempeño adecuado al ser aplicadas sobre las latas, por lo que hasta la fecha se desconoce el tipo de composiciones y las propiedades apropiadas para esta aplicación. Por consecuencia dp lo anterior, se ha buscado suprimir los inconvenientes que presentan ios métodos y materiales utilizados en la actualidad para cubrir ia soldadura interna de envases metálicos, desarrollando una composición termóplástica del tipo hot-melt para el recubrimiento de la soldadura interna de envases metálicos y un procedimiento para aplicar la misma mediante los equipo? utilizados para los recubrimientos tradicionales, dicho recubrimiento con una calidad adecuada para la industria alimentaria.
OBJETOS DE LA INVENCIÓN
Teniendo en cuenta los defectos de la técnica anterior, es un objetó de la presente invención proveer una composición termoplástipa para el recubrimiento de la soldadura interna de envases metálicos y un procedimiento para aplicar la misma. Es un objeto más de la presente invención, proveer una composición térmoplástica para el recubrimiento de |a soldadura interna de envases metálicos, siendo la misma aplicable electrostáticamente y cumpliendo con los estándares de uso para la industria alimentaria. Es todavía un objeto más de la presente invención, proveer un procedimiento para la aplicación de materiales termoplásticos hot-melt aprovechando los equipos que se utilizan al apíjcar los recubrimientos de barniz o pintura tradicionales. Es todavía un objeto adicional de la presente invención, proveer un procedimiento para la aplicación de recubrimientos para soldadura interna de envases metálicos que permita una disminución en los costos de reprocesarhiento de envases que tengan υn recubrimiento aplicado defectuosamente. Es todavía otro objeto más de la presente invención, proveer un envase con un recubrimiento de una composición termoplástica que cumpla con los estándares de los envases con recubrimientos de arte previo en la soldadura interna.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Se ha encontrado que mediante el uso de una composición termoplástica en polvo es posible recubrir la soldadura interna de envases metálicos mediante los equipos de aplicación electrostática del arte previo utilizados para otro tipo de recubrimientos, evitando así la adquisición de nuevo equipo, siendo posible obtener una disminución en los costos de reprocesamiento de envases en caso de que el recubrimiento haya sido aplicado defectuosamente, además de cumplir con los estándares aplicables a los recubrimientos de la soldadura de los envase^ de arte previo. La composición termoplástica para el recubrimiento de la soldadura interna de envases metálicos de la presente invención comprende por lo menos un poliéster obtenido a partir de la mezcla de aproximadamente 10% a 70% en peso de por lo menos un ácido bencenodicarboxílico sustituido o no sustituido y aproximadamente de 10% a 90% en peso de por lo menos un diol; dicha composición fermoplástica tiene una temperatura de fusión entre aproximadamente 380°K y 480*% preferiblemente entre 400°K y 460°K.
Asimismo, ia composición termoplástica de la presente invención posee las siguientes propiedades: una temperatura de transición vitrea entre 260°K y 325°K; una dureza shore D de entre 24 y 60; una adherencia de por lo menos 20 N/cm2; una temperatura de proceso de 400" a 775°K; un módulo de flexión dé 689.5 N/cm2 a 3792 N/cm2 (1000 a 5500 lb/in2); una elongación máxima de 80%; un módulo de tensión mayor a 11.03¿ N/cm2 (16 lb/in2); una resistencia a la tensión mayor a 6.895 N/cm2 (10 lb/in2) un peso molecular entre 20,000 y 80,000; una humedad menor a 1% y, por lo menos 50% de la composición encontrándose en estado cristalino, preferentemente por lo menos 85%. En una modalidad preferida, el ácido bencenbdicarboxílico se selecciona entre ácido 1 ,2-bencenodicarboxílico, ácido 1 ,3-bencenodicarboxílico y ácido 1,4- béncenodicarboxílico, sustituidos o no sustituidos, y mezclas o combinaciones de lo? mismos, siendo preferidos el ácido 1,4-bencenodicarboxílico y el ácido 1 ,3- bencenodicarboxílico en una relación aproximada de 1:0.5 a 1:5, preferiblemente de 1:1 a 1:3. De manera preferida, el diol es un glicol, más preferiblemente seleccionado entre etilenglicol, butilenglicol, propilenglicol y mezclas o combinaciones de los. mismos. En una modalidad adicional de la presente invención, la composición termoplástica incluye desde 0% hasta aproximadamente 10% en peso de un ácido dicarboxílico de cadena lineal; y contiene desde 0% hasta aproximadamente 20% en peso de; pigmentos y desde 0% hasta aproximadamente 20% en peso de cargas. En la modalidad que se describe, los ácidos dicarboxílicos de cadena lineal e seleccionan preferiblemente entre ácidos dicarboxíljcos de 4 a 10 átomos de carbono, y mezclas o combinaciones dé los mismos, siendo preferido el ácido adípico. Por lo que se refiere a los pigmentos y cargas, el pigmento es preferiblemente óxido de titanio, y las cargas se seleccionan entre carbonates, siendo preferido el carbonato de Calcio. En una modalidad específica de la presente invención) la composición comprende aproximadamente de 0 a 30% en peso de un ácido 1 ,4-bencenodicarboxílico, sustituido ó no sustituido; aproximadamente de 10 a 40% en peso dé un ácido 1,3- bencenodicarboxílico, sustituido o no sustituido; aproximadamente de 0 a 3% en peso de un ácido dicarboxílico de cadena lineal de 4 a 10 átomos de carbono; aproximadamente de 10 a 50% en peso de un diol de 4 átomos de carbono, más preferiblemente siendo butilenglicol y, aproximadamente de 0 a 50% en peso de etilenglicol. El método de obtención utilizado comúnmente y descrito eή el estado de la técnica para este tipo de material es una polimerización por condensación catalizada, utilizándose preferiblemente sales de estaño como catalizador, tal y como se realizan los procesos de policondensación del estado de la técnica. Una vez que se ha llevado a cabo la polimerización, el producto obtenido se peletiza y posteriormente, se rriuele
criogénicamente para obtener la composición termoplástica eή polvo de la presente invención. Lo anterior se realiza reduciéndose dicha composición termoplástica a partículas de Un tamaño máximo de 200 μm, en donde preferiblemente por lo r ienos el 50% de dichas partículas presentan un tamaño máximo de 75 μm. Más específicamente se prefiere que las partículas tengan un tamaño máximo de 1P5 μm, y preferentemente el 50% de dichas partículas presentan un tamaño máximo de 50 μm. La composición termoplástica de la presente invención con el tamaño de partícula d scrito, es susceptible de ser aplicada electrostáticamente sobre superficies metálicas. A partir de la composición termoplástica de la presente invención, es posible aplicar un recubrimiento a la soldadura interna de envases metálicos, de acuerdo con un procedimiento que comprende las siguientes etapas: a) una etapa de suspensión en gas de la composición termoplástica de la presente invención, en la que se alimenta a un recipiente de suspensión una cantidad suficiente de la composición termoplástica en forma de polvo para recubrir la soldadura interna dé un envase metálico, para posteriormente hacer circular una cantidad de gas suficiente dentro de dicho recipiente para mantener suspendida a la composición termoplástica; b) una etapa de aplicación electrostática y soldadura, en la que desde dicho recipiente de susp nsión, la composición termoplástica de la presente invención se aplica electrostáticamente sobre la zoria de unión interna de lá lámina de un envase sin soldar para posteriormente soldar externamente dicha unión, el calor generado por la misma soldadura siendo suficiente para empezar a fundir la composición termoplástica; c) una etapa de calentamiento de la composición termoplástica en ia que el envase se mantiene a una temperatura mayor que la temperatura de fusión de la composición termoplástica de la presente invención; y, d) una etapa de enfriamiento en la que el envase se lleva a una temperatura menor que la temperatura de transición vitrea rhás baja de la composición termoplástica, con lo cual finalmente el recubrimiento se solidifica. La etapa de aplicación electrostática y soldadura del procedimiento de la presente invención se realiza preferiblemente mediante una máquina de tipo "Sudronic", en donde el envase es doblado en forma de cilindro y en donde la composición termoplástíca de la presente invención se aplica electrostáticamente sobre la parte interna a lo largo de la zona de unión de la lámina de manera que se logre una aplicación uniforme de la composición sobre dicha unión, la etapa de calentamiento realizándose preferiblemente en un horno con un perfil de temperaturas entre 473°K y 773°K. Después del proceso, el envase obtenido presenta un recubrimiento con un espesor máximo de aproximadamente 0.3 mm y un espesor mínimo de aproximadamente
0.05 mm. El recubrimiento también supera las pruebas conocidas como adherencia, alto proceso y rasgado aplicables a los recubrimientos del arte previo. La presenté invención será más claramente ilustrada por medio de los iguientes ejemplos, los cuales se presentan con propósitos ilustrativos, por lo quencHa limitan.
EJEMPLOS Se prepararon diversas composiciones termoplásticas para el recubrimiento de soldaduras internas de envases metálicos mediante polícondensación en presencia de un catalizador, siendo éste preferentemente sales de estaño. Para utilizarse en el procedimiento de la presente invención, las composiciones termoplásticas preparadas, que se muestran en los ejemplos que prosiguen, se sometieron a un^ reducción del tamaño de partícul , obteniendo como máximo un tamaño de partícula de 105 μm, por lo menos el 50% de dichas partículas presentando un tamaño máximo de 50 μm, Cada una de las composiciones termoplásticas obtenidas fueron sometidas a una serie de etapas para recubrir la soldadura interna de un envase. En primer lugar, la composición termóplástica en polvo se sometió a una etapa de suspensión alimentándola á un recipiente con una circulación de aire suficiente para mantener suspendidas las partículas. Después se les sometió a una etapa de aplicación electrostática y soldadura mediante una máquina tipo "Sudronic," en donde la composición termoplástica se aplicó internamente a un envase sin soldar sobre la zona dé unión interna de la lámina para posteriormente soldar dicha unión, con lo cual se fundió la composición termoplástica formando eí recubrimiento. Enseguida, el erivase se sometió a una etapa de calentamiento en la que se mantuvo el envase con el recubrimiento a una temperatura de 500°K. Finalmente, el envase fue sometido a una etapa de enfriamiento en la que el envase se llevó a la temperatura ambiente. El producto obtenido se sometió a una serie de pruebas térmicas y mecánicas para verificar la resistencia del recubrimiento, las cuales se explican a continuación. Primero se realizó una prueba de adherencia, en donde se tomó una muestra del corte del envase y éste se dobló junto con el recubrimiento una serie de yeces hasta fracturarse. La siguiente prueba que se realizó fue la prueba de alto proceso, que consistió en colocar el envase con el recubrimiento dentro de un líquido hirviendo á una temperatura de 391 °K y un pH de 9. La tercera prueba a la que se sometió fue la prueba de rasgado, en la cual se colocó una aguja sobre el recubrimiento hasta obtener una presión de 10 mg. Por último, el envase con el recubrimiento fue sometido a una prueba de rolado después de haber metido dicho envase a un horno.
Ejemplo 1 Se preparó una composición con un 40% en peso de ácido 1,4- bencenodicarboxílieo,, 10 % en peso de ácido 1 ,3-bencenodicarboxílico y 50% en peso de butilenglicol. Esta composición termoplástica presentó un peso molecular promedio de 50000 y, una temperatura de fusión de 495°K, Al tratar de realizar la aplicación de esta composición termoplástica a la soldadura de un envase metálico mediante el procedimiento de la presente invención, se observó ó,ue la composición obtenida no funde en las líneas de aplicación. Puesto que la composición preparada no es adecuad^ para el recubrimiento de envases metálicos, las pruebas mecánicas y térmicas no fueron realizadas.
Ejemplo 2 Para este ejemplo se preparó una composición termoplástica con 50% en peso de ácido 1,3-bencenodicarboxílico y 50% en peso de etilenglicol. La composición termoplástica del presente ejemplo tuvo un peso molecular promedio de 50000 y una temperatura de fusión de 375°K. La composición termoplástica obtenida s aplicó al envase metálico con el procedimiento descrito por la presente invención y posteriormente sé le sometió a las pruebas mecánicas y térmicas. Particularmente, en la prueba de alto proceso, el recubrimiento aplicado al envase metálico se fundió y se desprendió del envase. Él material no se caracterizó toda vez que el mismo es inadecuado para su uso en recubrimientos de la soldadura de envases metálicos,
Eiemplά 3 La composición termoplástica de este ejemplo fue preparada de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención, conteniendo 18% en peso de ácido 1 ,4-bencenodicarbσxílico, 32% en peso de ácido 1 ,3-bencenodicarbóxílico, 23% en peso de butilenglicól y 27% en peso de etilenglicol. La composición termoplástica anterior presentó un peso molecular de 47000 y una temperatura de fusión de 400°K. Después de ser preparada, la composición termoplástica se aplicó al envase metálico formando el recubrimiento y posteriormente, se sometió el envase con dicha composición termoplástica a las pruebas mecánicas y térmicas. En la prueba de adherencia, el corte del envase se rompió antes que el recubrimiento polimérico resultando con una adherencia de 29 N/cm2, siendo un valor superior a la adherencia mínima especificada. En la prueba de alto proceso, el recubrimiento no presentó cambios físicos visibles ni en color ni en forma o apariencia. Én la tercera prueba, la prueba de rasgado, el resultado
obtenido mostró que la aguja no penetró el recubrimiento. Por último, en la prueba de rolado, el recubrimiento no se desprendió de la soldadura interna del envase. Puesto que, la composición termóplástica preparada de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención presentó resultados positivos, se le sometió a una caracterización en donde se determinó su dureza shore D, la cual fue de 47, misma que es mayor al mínimo establecido por la presente invención. El módulo de flexión tiene un valor de 2620 N/cm2 (3800 Ib/in2) y la elongación máxima del producto obtenido a partir de la composición termpplástica de referencia es de 70%. Su punto dé fusión, como se mencionó fue de 400°K. De conformidad con lo anteriormente descrito, se podrá observar que la composición termoplástica e la presente invención y el procedimiento para preparar y aplicar ςlicha composición han sido ideados para una aplicación electrostática a fin de recubrir la soldadura interna de envases metálicos, y será evidente para cualquier experto en la materia que las modalidades de dicha composición termoplástica de acuerdo con lo descrito, son únicamente ilustrativas más no limitativas de la presente invención, toda vez qué son posibles numerosos cambios de consideración en sus detalles sin apartarse del alcance de la invención. Aún cuando se ha ilustrado y descrito una modalidad específica de la invención, debe hacerse hincapié en que son posible? numerosas modificaciones á la misma, como pueden ser la selección de los ácidos dicarboxílicos; la selección del diol o los dioles á utilizar; los pigmentos y las cargas que se agregan a ia composición térmoplástica o bien, la ausencia de éstos últimos y, el tamaño de partícula de la composición termoplá?tica. A?imismo, el procedimiento de la presente invención puede modificarse medíante el uso de diferentes tipos dé máquina con las cuales se realiza la aplicación de la composición termoplástica de la presente invención a ia soldadura de los envases metálicos- Por lo tanto, la presente invención no deberá considerarse como restringida excepto por lo que exija la técnica anterior y por el espíritu de las reivindicaciones anexas.