BR112019028130A2

BR112019028130A2 - aquecimento dielétrico de composições formadoras de espuma

Info

Publication number: BR112019028130A2
Application number: BR112019028130-4A
Authority: BR
Inventors: Bradley McLeod; Alexis Kriegl; Kris Getty; Daniel Waski; Tianjian Huang
Original assignee: Henkel IP & Holding GmbH
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-07-28
Also published as: US20190218419A1; EP3655473A1; CN116496545A; JP7236432B2; EP3655473A4; CN110892013A; KR102563738B1; JP2020527635A; CA3064871C; RU2020107093A3; MX2019014565A; RU2020107093A; US20220073787A1; WO2019018523A1; US20210214581A1; CN110892013B; US20190284438A1; CA3064871A1; KR20200032035A; US11773297B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para aquecer dieletricamente uma composição formadora de espuma para formar espuma e consolidar a composição. Em particular, um aquecimento com rádio frequência (RF) é usado para aquecer a composição formadora de espuma para prover isolamento na manufatura de um artigo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AQUECI- MENTO DIELÉTRICO DE COMPOSIÇÕES FORMADORAS DE ES- PUMA".

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se ao aquecimento dielétrico de uma composição formadora de espuma. Em particular, o aquecimento de radiofrequência (RF) é usado para aquecer a composição formadora de espuma a fim de prover o isolamento durante a fabricação de um artigo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Embalagens e recipientes descartáveis para alimentos que sejam ambientalmente mais amigáveis são muito procurados para subs- tituir as tradicionais embalagens de espuma de poliestireno extrudado. As embalagens feitas inteiramente de plástico normalmente não se de- gradam em menos de 400 anos, ou mesmo nunca, e algumas regula- mentações proibiram o uso de tais embalagens e recipientes.

[0003] Embalagens alternativas que sejam recicláveis, biodegradá- veis e/ou compostáveis estão sendo procuradas. Um dessas embala- gens inclui substratos à base de celulose, originados de materiais reno- váveis que podem ser recicláveis e/ou compostáveis. A embalagem é feita juntando dois substratos celulósicos com uma abertura de ar inter- posta entre os dois. Alguns inconvenientes dessas embalagens alterna- tivas incluem baixo isolamento e fraca integridade estrutural em relação às embalagens de plástico. À medida que a embalagem é manipulada e flexionada, a abertura de ar entre os dois substratos torna-se compri- mida e o isolamento diminui nas áreas comprimidas. O isolamento pode ser melhorado com o aumento da abertura de ar entre as camadas de substrato de celulose, com o aumento da espessura dos substratos de celulose ou com a introdução de um meio de celulose entre as duas camadas.

[0004] Algumas das embalagens aprimoradas mencionadas acima são descritas nos documentos de patente US 9.580.629, US 8.747.603, US 9.273.230, US 9.657.200, US 20140087109, US 20170130399, US 20170130058 e US 20160263876. As embalagens são formadas com uma abertura de ar no revestimento/adesivo imprensado entre os dois substratos, que fornece o isolamento. O aquecimento convencional re- quer um tempo prolongado e um grande espaço para a evaporação da água e a cura/aglutinação do polímero. Além disso, à medida que o ta- manho das embalagens varia, a abertura de isolamento nem sempre é uniforme. Embora o aquecimento por micro-ondas apresente controles estritos para o nível de umidade e uniformidade das aberturas de ar, a profundidade da penetração é limitada a cerca de somente 1,5 pole- gada. Desse modo, qualquer substrato que tenha uma espessura maior do que cerca de 1,5 polegada pode resultar em embalagens não unifor- mes.

[0005] No estado da técnica há a necessidade de métodos que per- mitam o isolamento uniforme de todos os tamanhos de embalagens. À presente invenção apresenta métodos para produzir embalagens ambi- ental e economicamente amigáveis que permitem o isolamento térmico uniforme de vários tamanhos de embalagens.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] A presente invenção refere-se aos métodos para formação de espuma e aglutinação de uma composição preenchida com microes- feras, conduzida pela água.

[0007] Uma modalidade refere-se a um método de formação de es- puma e aglutinação de uma composição, o qual compreende: (a) a preparação da composição, a qual compreende (i) um polímero à base de água, (ii) uma pluralidade de microesferas ex- pansíveis que têm uma faixa de temperatura expansível inicial de cerca de 80ºC a cerca de 110ºC e uma faixa de temperatura expansível má- xima de cerca de 50ºC a cerca de 150ºC; e (iii) opcionalmente um adi- tivo; e (b) a exposição da composição a um aquecimento dielétrico; por meio do que a pluralidade de microesferas expansíveis na composição se expande e a composição se aglutina.

[0008] Outra modalidade refere-se a um processo de formação de um artigo que compreende as etapas de: (a) preparo de uma composição, a qual compreende (i) um polímero à base de água, (ii) uma pluralidade de microesferas expansí- veis que têm uma faixa de temperatura expansível inicial de cerca de 80ºC a cerca de 110ºC e uma faixa de temperatura expansível máxima de cerca de 50ºC a cerca de 150ºC; e (iii) opcionalmente, um aditivo; (b) aplicação da composição em um primeiro substrato; (c) aplicação de um segundo substrato na composição, for- mando desse modo um artigo em que a composição é imprensada entre os dois substratos; (d) aplicação de um aquecimento dielétrico ao artigo; por meio do que a pluralidade de microesferas expansíveis na composição se expande e a composição se aglutina.

[0009] O aquecimento dielétrico provê um aquecimento uniforme em toda a composição e forma uma espessura substancialmente uni- forme da abertura de ar em toda a composição e o artigo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0010] A Figura 1A mostra a fotografia de uma composição preen- chida com microesferas ativada pelo aquecimento dielétrico de RF ime- diatamente depois da expansão das microesferas.

[0011] A Figura 1B mostra a fotografia de uma composição preen- chida com microesferas ativada pelo aquecimento dielétrico de RF após a secagem completa da composição.

[0012] A Figura 2A mostra a fotografia de uma composição preen- chida com microesferas ativada pelo aquecimento por convecção ime- diatamente depois da expansão das microesferas.

[0013] A Figura 2B mostra a fotografia de uma composição preen- chida com microesferas ativada pelo aquecimento por convecção após a secagem completa da composição.

[0014] A Figura 3A mostra uma fotografia da composição preen- chida com microesferas ativada pelo aquecimento por micro-ondas ime- diatamente depois da expansão das microesferas.

[0015] A Figura 3B mostra uma fotografia da composição preen- chida com microesferas ativada pelo aquecimento por micro-ondas após a secagem completa da composição.

[0016] A Figura 4A mostra uma fotografia da embalagem ativada por RF após a secagem por 1 minuto a temperatura ambiente.

[0017] A Figura 4B mostra uma fotografia do adesivo no substrato ativado por RF após a secagem por 1 minuto a temperatura ambiente.

[0018] A Figura 5A mostra uma fotografia da embalagem ativada por RF após a secagem por 2 minutos a temperatura ambiente.

[0019] A Figura 5B mostra uma fotografia do adesivo no substrato ativado por RF após a secagem por 2 minutos a temperatura ambiente.

[0020] A Figura 6A mostra uma fotografia da embalagem ativada por RF após a secagem por 5 minutos a temperatura ambiente.

[0021] A Figura 6B mostra uma fotografia do adesivo no substrato ativado por RF após a secagem por 5 minutos a temperatura ambiente.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0022] A presente invenção apresenta um método para formação de espuma de uma pluralidade de microesferas e aglutinação e travamento nas microesferas com formação de espuma de uma composição con- duzida pela água. A composição conduzida pela água compreende um polímero e uma pluralidade de microesferas, e é aplicada em um(ns)

substrato(s) celulósico(s) para formar uma embalagem. Uma vez expan- dida e travada no lugar, a abertura de ar nas microesferas com formação de espuma confere isolamento e integridade estrutural à embalagem. Esta embalagem é mais amigável ambientalmente do que as embala- gens de espuma de poliestireno extrudadas tradicionais.

[0023] O aquecimento convencional requer fornos com longas cor- reias que requerem um grande espaço e saídas de calor em grande escala. As faixas de temperaturas de cerca de 212ºF (100ºC) a cerca de 450ºF (177ºC) normalmente são usadas nos aquecedores convenci- onais.

[0024] O aquecimento por micro-ondas é um outro método. O aque- cimento por micro-ondas confere uniformidade no controle da secagem e da umidade e pode controlar a umidade a cerca de 1%. A energia das micro-ondas, no entanto, se dissipa e não pode penetrar a uma profun- didade maior do que cerca de 1,5 polegada (4 cm). Além disso, as mi- cro-ondas constituem um perigo conhecido de radiação e a exposição a tal radiação prejudicial deve ser minimizadas para os trabalhadores. Para minimizar os riscos de saúde, as máquinas de micro-ondas indus- trials normalmente têm aberturas pequenas e, desse modo, encaixar recipientes grandes e de formatos diferentes em um orifício pequeno é desafiador.

[0025] O aquecimento dielétrico, o aquecimento eletrônico, o aque- cimento por rádio frequência (RF) e o aquecimento por alta frequência, todos usados no presente documento de modo intercambiável, são um processo em que o campo elétrico alternado de alta frequência ou a onda de rádio aquecem um material dielétrico. O aquecimento por RF é distinto do aquecimento por micro-ondas. As frequências de rádio indus- trials operam entre cerca de 2 MHz e 300 MHz com comprimentos de onda típicos de cerca de 141 a cerca de 24 pés (43 a 7,3 metros). Os sistemas de micro-ondas industriais usam frequências superiores a 300

MHz com comprimentos de onda típicos de cerca de 13 a cerca de 5 polegadas (33 e 12 cm). A eficiência da utilização da energia é de longe mais baixa em um gerador de RF do que em uma unidade de micro- ondas, e, desse modo, a unidade de micro-ondas normalmente é a fonte de aquecimento preferida.

[0026] A presente invenção apresenta o aquecimento dielétrico, par- ticularmente o aquecimento por RF, para uma composição formadora de espuma conduzida pela água. A RF cria um campo elétrico alternado entre um material dielétrico, na presente invenção, e as moléculas de água polares. O artigo é transportado entre os eletrodos, fazendo com que as moléculas de água na composição se reorientem continuamente para ficar voltadas para os eletrodos opostos. A fricção desse movi- mento molecular causa o aquecimento rápido. A RF opera em uma fre- quência muito mais baixa do que o aquecimento por micro-ondas, e é associada a riscos de saúde mais baixos do que as micro-ondas. A RF também é apropriada para o aquecimento de recipientes mais volumo- sos e de formatos diferentes devido a sua maior profundidade de pene- tração.

[0027] Além disso, o processo da invenção pode incluir uma combi- nação entre aquecimento dielétrico e aplicações de aquecimento dire- tas. Por exemplo, a expansão das microesferas pode ser obtida através do aquecimento dielétrico, enquanto a remoção do excesso de umidade após a expansão pode ser obtida através de calor direto.

[0028] O aquecimento por RF de uma composição que compreende um polímero à base de água e uma pluralidade de microesferas expan- síveis confere um aquecimento e secagem uniformes da água e das microesferas expandidas.

[0029] A presente invenção também é baseada na descoberta de que o aquecimento por RF de uma composição que compreende um polímero à base de água e uma pluralidade de microesferas expansí- veis, aplicado em um artigo, confere um isolamento térmico melhorado e uniforme para o artigo.

[0030] Uma modalidade refere-se a um método para a formação de espuma e aglutinação da composição, o qual compreende: (a) a preparação da composição, a qual compreende (i) um polímero à base de água, (ii) uma pluralidade de microesferas ex- pansíveis que têm uma faixa de temperatura expansível inicial de cerca de 80ºC a cerca de 110ºC e uma faixa de temperatura expansível má- xima de cerca de 50ºC a cerca de 150ºC; e (ili) opcionalmente, um adi- tivo; e (b) a exposição da composição a um aquecimento dielétrico; por meio do que a pluralidade de microesferas expansíveis na composição se expande e a composição se aglutina.

[0031] O aquecimento por RF simultaneamente direciona a água para longe da composição para aglutinar o polímero à base de água e expande as microesferas enquanto a temperatura alcança o estado de ativação das microesferas. O aquecimento em frequências de RF de cerca de 14, 27 e 41 MHz é particularmente preferido. Os dispositivos de RF podem ser projetados com amplificadores operacionais para um aquecimento ideal.

[0032] As composições aqui descritas podem ser úteis para os substratos de múltiplas camadas, particularmente para os substratos celulósicos. Usando a composição, um maior espaço de isolamento pode ser provido entre os dois substratos, que é fixado no ponto de ade- são. Os produtos de isolamento úteis incluem os produtos de papel para uso do consumidor, tais como os copos e tampas para bebidas quentes, copos e tampas para bebidas frias, recipientes e tampas para alimentos quentes, recipientes e tampas para alimentos frios, caixas e estojos de freezer, envelopes, sacolas e similares.

[0033] A composição pode ser formada como um adesivo ou como um revestimento, aqui usados de modo intercambiável. A composição é preparada pela formação da mistura de um polímero à base de água, de uma pluralidade de microesferas expansíveis e, opcionalmente, de um aditivo.

[0034] O polímero à base de água é preparado pela polimerização da emulsão, e pode ser de um único tipo ou uma mistura de um polímero de emulsão sintético ou polímeros de origem natural. O polímero à base de água preparado pela polimerização da emulsão pode incluir quais- quer componentes de polímero desejados, incluindo o amido, uma dis- persão de etileno e acetato de vinila, acetato de polivinila, acetato de polivinila e álcool polivinílico, acetato de polivinila estabilizado com dex- trina, copolímeros de acetato de polivinila, copolímeros de etileno e ace- tato de vinila, vinil acrílico, estireno acrílico, acrílico, a borracha de esti- reno e butila, poliuretano, amido e suas misturas. Particularmente, os componentes do polímero de emulsão preferidos são a dispersão de etileno e acetato de vinila, acetato de polivinila e o amido. De preferên- cia, o polímero de emulsão é estabilizado por coloides protetores hidro- fílicos.

[0035] O polímero à base de água pode estar presente na composi- ção em qualquer quantidade, e é desejável que esteja presente em uma quantidade de cerca de 60% a cerca de 99,5% em peso, de preferência de cerca de 65% a cerca de 95% em peso, em peso da composição antes do ajuste da composição. Dependendo do polímero de emulsão, os níveis de sólidos variam de cerca de 40% em peso a cerca de 65% em peso, com base no polímero de emulsão.

[0036] As microesferas expansíveis úteis na presente invenção po- dem se expandir em tamanho na presença de calor e/ou de radiação da RF. As microesferas úteis na presente invenção incluem, por exemplo, as microesferas poliméricas expansíveis por calor, incluindo aquelas que têm um núcleo de hidrocarboneto e um envoltório de poliacrilonitrilo (tais como aquelas vendidas com o nome comercial de DUALITEO) e outras microesferas similares (tais como aquelas vendidas com o nome comercial de EXPANCELO). As microesferas expansíveis podem ter qualquer tamanho não expandido, incluindo de cerca de 5 micra a cerca de 30 micra de diâmetro. Na presença de calor ou de radiação, as mi- croesferas expansíveis da presente invenção podem aumentar em diâà- metro por cerca de 3 vezes a cerca de 10 vezes o tamanho original. Com a expansão das microesferas na composição, a composição trans- forma-se em um material semelhante a espuma, que possui proprieda- des de isolamento aprimoradas. As microesferas normalmente são fei- tas de envoltórios de plástico ou poliméricos e um agente de sopro fica dentro do envoltório, projetado para ativar com o alcance de temperatu- ras específicas.

[0037] As microesferas expansíveis têm uma certa temperatura em que começam a se expandir e uma segunda temperatura em que alcan- çaram uma expansão máxima. Os tipos de microesfera normalmente são vendidos com temperaturas de expansão específicas (Texp) e tem- peraturas de expansão máximas (Tmax). A temperatura de expansão inicial (Texp) é a temperatura típica em que as microesferas começam a se expandir (Texp), e a temperatura de expansão máxima (Tmax) é a temperatura em que cerca de 80% das microesferas se expandiram. Se as microesferas forem expostas a uma temperatura maior do que Tmax, as microesferas começam a explodir e a esvaziar.

[0038] Uma microesfera particularmente útil tem uma Texp de cerca de 80ºC a cerca de 105ºC. É desejável que a temperatura em que as microesferas alcançaram a expansão máxima (Tmax) seja de cerca de 90ºC a cerca de 140ºC.

[0039] A escolha de certas microesferas e de suas respectivas Texp e Tmax é essencial para a invenção. Embora qualquer tipo em particular de microesferas possa ser usado na presente invenção, a Texp e a Tmax das microesferas devem ser levadas em consideração na formu- lação e na ativação nas condições de RF. A radiação de RF evapora a água da composição, mas a temperatura da composição é limitada a cerca de menos do que 100ºC. Um aquecimento supercrítico pode ocor- rer durante o aquecimento por RF se aditivos e/ou sais estiverem pre- sentes na composição, elevando a temperatura até acima de 100ºC. No entanto, a Texp e a Tmax preferíveis das microesferas expansíveis são de menos do que cerca de 100ºC e menos do que cerca de 140ºC, res- pectivamente. As microesferas com temperaturas mais altas não serão ativadas durante o aquecimento por RF. Uma vez que a composição aglutina, as microesferas são substancialmente travadas no lugar, tor- nando a expansão das mesmas difícil, se não impossível. De modo sur- preendente, o aquecimento por RF permite uma expansão mais robusta das microesferas. O uso da ativação por RF permite uma autolimitação da expansão da microesfera, e menos explosão e deflação quando com- parada ao aquecimento convencional por convecção.

[0040] Nas modalidades preferidas, é desejável que as microesfe- ras expansíveis estejam presentes na composição em uma quantidade de cerca de 0,1% a cerca de 70% em peso da composição antes do ajuste da composição, e mais desejável de cerca de 0,5% a cerca de 60% em peso da composição antes do ajuste da composição, e ainda mais desejável de cerca de 1% a cerca de 50% em peso da composição antes do ajuste da composição. A razão de expansão das microesferas expansíveis e o nível de carga das microesferas estão relacionados um ao outro.

[0041] Dependendo da quantidade de microesferas e do tipo de po- límero, a composição aglutinada pode apresentar propriedades adesi- vas. Altos níveis de microesferas produzirão uma baixa ou nenhuma propriedade adesiva, enquanto níveis baixos, de menos do que cerca de 30% em peso com base no peso total da composição, produzirão uma propriedade adesiva da composição.

[0042] Dependendo do tamanho inteiramente expandido das micro- esferas, a quantidade de microesferas expansíveis na composição pode ser ajustada. Dependendo de certas microesferas expansíveis usadas na composição, a quantidade desejada de microesferas na composição pode ser modificada.

[0043] As microesferas também aumentam a integridade estrutural da composição aglutinada depois que elas são expandidas. Ao passo que a introdução de espaços vazios em uma matriz normalmente dimi- nui a integridade mecânica, as microesferas na matriz poliméricas con- ferem rigidez quando aplicadas em substratos. Isto é particularmente útil para a embalagem de conteúdos frágeis.

[0044] Em outra modalidade, a microesfera pode ser previamente expandida. Se microesferas previamente expandidas forem adicionadas na composição, as microesferas previamente expandidas devem ser es- colhidas de modo que o aquecimento por RF não comece a decompor as microesferas. Em outra modalidade, as microesferas podem ser uma mistura de microesferas previamente expandidas e expansíveis.

[0045] Opcionalmente, a composição também inclui quaisquer plas- tificantes, agentes de pegajosidade, umectantes, aceleradores, cargas, pigmentos, corantes, estabilizantes, modificadores da reologia, álcoois polivinílicos, conservantes, por exemplo, antioxidante, biocida; e suas misturas. Esses componentes podem ser incluídos em uma quantidade de cerca de 0,05% a cerca de 15% em peso da composição.

[0046] Os plastificantes exemplificadores são os dibenzoatos dispo- níveis como BENZOFLEXG, tais como o dibenzoato de dietileno glicol, o dibenzoato de dipropileno glicol e outros do gênero.

[0047] O acelerador é um cátion multivalente de sais solúveis em água, incluindo o comumente disponível nitrato de alumínio (AI(NO3)3),

o acetato de zircônio, o carbonato de zirconil amônio (disponível como Bacote 20 junto a Zirconium Chemicals). A adição de um sal solúvel em água multivalente encurta o tempo necessário para a radiação durante a expansão da composição. Quando adicionado, cerca de 0,05 a cerca de 1, de preferência cerca de 0,1 a 0,3% em peso com base no peso total da composição podem ser usados.

[0048] Os conservantes exemplificadores incluem a 1,2-benzisoti- azolin-3-ona, a 5-cloro-2-metil-4-isotiazolin-3-ona e a 2-metil-4-isotiazo- lin-3-ona. Normalmente, os conservantes podem ser usados em uma quantidade de cerca de 0,05% a cerca de 0,5% em peso da composição antes do ajuste da composição.

[0049] As cargas exemplificadoras incluem o amido, o amido modi- ficado fisicamente e o amido modificado quimicamente.

[0050] Outros materiais que não afetam adversamente a composi- ção e as propriedades de isolamento da composição podem ser usados tal como desejado. Outros aditivos e/ou sais que podem ser incluídos na composição para aumentar a aglutinação da composição são dese- jados.

[0051] Embora a composição possa começar a aglutinação à tem- peratura ambiente, o alto teor de umidade será substancialmente fluido até que o teor de umidade seja de cerca de 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1% em peso com base no peso total. De preferência, o teor de umidade deve ser mantido em níveis maiores do que cerca de 20% em peso para evitar uma aglutinação pre- matura. A aglutinação prematura pode causar uma secagem desigual, levando a uma espessura desigual da composição seca nos substratos.

[0052] O aquecimento por RF também permite uma rápida produti- vidade na produção de artigos. A composição deve ser projetada para acomodar este método de rápida produtividade a fim de maximizar os teores de sólidos na composição. É preferível que as moléculas de água sejam repelidas de modo eficiente sem deixar enrugamentos de apa- rência ruim ou irregulares nos substratos.

[0053] De modo surpreendente, o aquecimento por RF confere uma ativação uniforme e plana das microesferas e uma saída mais rápida da água da composição, em uma produtividade mais rápida. A uniformi- dade e a uniformidade do revestimento aglutinado conferem um isola- mento térmico uniforme ao artigo e minimizam os enrugamentos de apa- rência ruim nos substratos, enquanto aumentam a produção.

[0054] Outra modalidade refere-se a um processo para formação de um artigo, o qual compreende as etapas de: (a) preparação da composição, a qual compreende (i) um po- límero à base de água, (ii) uma pluralidade de microesferas expansíveis que têm uma faixa de temperatura expansível inicial de cerca de 80ºC a cerca de 110ºC e uma faixa de temperatura expansível máxima de cerca de 50ºC a cerca de 150ºC; e (iii) opcionalmente, um aditivo; (b) aplicação da composição a um primeiro substrato; (c) aplicação de um segundo substrato à composição, for- mando desse modo o artigo, no qual a composição é imprensada entre os dois substratos; (d) aplicação de um aquecimento dielétrico ao artigo; por meio do qual a pluralidade de microesferas expansíveis na composição se expande e a composição se aglutina.

[0055] Os artigos são embalagens apropriadas, tais como embala- gens protetoras, embalagens de remessas, embalagens resistentes a impactos e embalagens de isolamento. As embalagens incluem copos, recipientes de alimentos, pacotes, estojos, sacolas, tampas, caixas, en- velopes, sacolas de remessa, envoltórios, embalagens do tipo de con- cha e similares.

[0056] Os substratos incluem cartões de fibras, aglomerados, car- tões corrugados, meios corrugados, cartões branqueados sólidos

(SBB), cartões de sulfite branqueados sólidos (SBS), cartões não-bran- queados sólidos (SLB), aglomerados brancos (WLC), papéis do tipo kraft, cartões do tipo kraft, papéis revestidos e cartões de aglutinante.

[0057] A composição pode ser aplicada ao primeiro substrato em qualquer configuração desejada, incluindo em uma série de pontos, de listras, de ondas, de padrões de tabuleiro de damas, de quaisquer for- matos gerais de poliedro com bases substancialmente planas e suas combinações. Além disso, a composição pode ser aplicada à primeira superfície em uma série de cilindros. Além disso, se desejado, a com- posição pode ser aplicada à primeira superfície como uma folha subs- tancialmente plana, cobrindo a primeira superfície inteira (laminação completa) ou cobrindo uma parte da primeira superfície. Um segundo substrato aplicado à superfície superior da composição, o qual forma uma configuração imprensada: do primeiro substrato — da composição com as microesferas expansíveis — do segundo substrato.

[0058] Em outra modalidade, o artigo isolado compreende um subs- trato substancialmente plano e um substrato não-plano, arredondado. À composição é aplicada ao substrato substancialmente plano, ao subs- trato não-plano ou a ambos os substratos para formar o artigo isolado. A composição pode ser aplicada para revestir completamente a super- fície do substrato ou para revestir seletivamente partes da superfície do substrato. O padrão pode ser aleatório ou de vários projetos solicitados. Desse modo, o artigo resultante tem um espaço de isolamento entre as superfícies do revestimento. Os artigos com a composição padronizada imitam um divisor interposto entre os dois substratos. O espaço entre os dois substratos é gerado e mantido pelas microesferas expandidas.

[0059] Opcionalmente, um adesivo diferente pode ser aplicado en- tre os dois substratos. Isto é especialmente útil para unir os dois subs- tratos se a composição tiver propriedades adesivas baixas ou mesmo nenhuma. O adesivo diferente pode ser aplicado antes, simultanea- mente ou depois que a composição é aplicada no primeiro substrato. Em uma outra modalidade, o adesivo diferente pode ser aplicado no segundo substrato, os dois substratos são unidos com a composição e o adesivo diferente imprensado entre os dois substratos. O adesivo di- ferente exemplificador inclui o adesivo fundido a quente, o adesivo sen- sível a pressão, o adesivo conduzido pela água e adesivos à base de solvente.

[0060] A composição úmida é aplicada entre os dois substratos para formar um artigo, e então exposta ao aquecimento dielétrico para aglu- tinar a composição e expandir as microesferas. Portanto, o aquecimento trava os componentes, incluindo a pluralidade de microesferas expandi- das, no lugar em relação à superfície dos substratos. O aquecimento dielétrico cria um campo elétrico alternado entre a molécula de água polar e causa um aquecimento rápido. Com a presença da água, a tem- peratura aumenta para 100ºC e a água é evaporada enquanto as micro- esferas se expandem. Os tipos de microesfera com uma Texp de cerca de 80ºC a cerca de 100ºC e uma Tmax de cerca de 90ºC a cerca de 140ºC se expandem com o aquecimento dielétrico.

[0061] O uso de aquecimento dielétrico, particularmente aqueci- mento por RF, permite um processamento rápido. Portanto, o processo de RF permite uma produtividade rápida, e uma área menor é necessá- ria em relação ao processo de aquecimento por convecção. Além disso, embalagens mais volumosas e de formatos diferentes podem ser fabri- cadas com o processamento por RF, uma vez que a profundidade da penetração é maior e a abertura do forno é mais flexível do que os for- nos por micro-ondas.

[0062] As embalagens com múltiplas camadas de substrato forma- das com a composição que contém microesferas melhoram a capaci-

dade da embalagem de suportar deformações sob uma tensão cons- tante a temperaturas elevadas e/ou reduzidas. É esperado pelos ele- mentos versados na técnica que a deformação da composição aumente com a adição de microesferas a temperatura elevada.

[0063] A presente invenção pode ser melhor compreendida através da análise dos exemplos a seguir, que não são limitadores e destinam- se apenas a ajudar a explicar a invenção.

EXEMPLOS EXEMPLO 1 — POLÍMEROS À BASE DE ÁGUA Tabela 1 Emulsão da Nome do polímero | Polímero de | Teor de sólidos pH [em Sbeanama ami o EXEMPLO 2 — COMPOSIÇÕES

[0064] As composições foram preparadas com os componentes a seguir. Cada emulsão da resina foi usada para fazer as composições a seguir. Tabela 2 [Noca amantes” o | 40 | 40 | so | so | so | sara ao 20 o 1 o 20 * Texp 80ºC, Tmax 135ºC, tamanho de partícula médio de 15,2 um, agente de sopro Isobutano (concentração de 10 a 20%), densidade < kg/m?

[0065] Cada composição foi obtida ao misturar os componentes em um vaso. EXEMPLO 3 — ATIVAÇÃO

[0066] A composição 4, com a composição da emulsão da resina 3, em seu estado úmido, foi aplicada nos substratos de papel (papel de 20 e 24 libras, Golden Kraft) em uma série de padrão de pontos. Cada substrato foi ativado com o aquecimento por convecção, por micro-on- das ou aquecimento dielétrico por RF (40 MHz e 55 a 62 Amperes). À altura inicial do revestimento e a altura final após a ativação foram re- gistradas na Tabela 3. A porcentagem de umidade imediatamente após a ativação foi medida visualmente calculando-se a quantidade de seg- mentos não-expandidos dos revestimentos. Tabela 3 0,023 polegada 0,025 polegada 0,021 polegada Tempo em unidade | 7 segundos 7 segundos 7 segundos de aquecimento Altura final 0,1 a 0,12 pole- | 0,03 a 0,045 polegada | 0,03 a 0,08 pole- gada gada 77 a 81% 16 a 44% 30 a 74% % de umidade imedi- | 0 a 15% 80 a 90% 60 a 90% atamente depois Comentários Expansão em to- | Nenhuma expansão | Nenhuma expansão dos os locais dos | muito baixa com a se- | muito baixa com a adesivos expansí- | cagem dos adesivos e | expansão aleatória veis relativamente | uma ligeira expansão | dentro dos locais uniforme. nas bordas dos locais | com cola. com cola. Grande quantidade de dilace- ramento da fibra. Aberta imediata- | Figura 1A Figura 2A Figura 3A mente após a expan- são Seca completamente | Figura 1B Figura 2B Figura 3B após a expansão

[0067] A ativação com RF teve um aumento de porcentagem supe- rior na expansão da microesfera e na uniformidade em relação aos ou- tros dois métodos de aquecimento. Além disso, o aquecimento por RF proporcionou uma secagem muito mais rápida, e a porcentagem de umi- dade foi significativamente mais baixa do que o aquecimento por con- vecção e por micro-ondas.

[0068] As fotografias da composição ativada no papel são mostra- das nas Figuras 1 a 3. O aquecimento por RF, tal como mostrado nas Figuras 1A e 1B, conferiu uma expansão consistente e uniforme, en- quanto o aquecimento por convecção (Figuras 2A e 2B) e por micro- ondas (Figuras 3A e 3B) não conferiram uma expansão consistente da composição. EXEMPLO 4 — TEOR DE SÓLIDOS

[0069] Para compreender a velocidade da produtividade, uma em- balagem foi formada pelo revestimento da Composição 4 (Emulsão da resina 3) em um primeiro substrato e um segundo substrato foi colocado sobre o primeiro substrato. A embalagem foi deixada do lado de fora, a temperatura ambiente (que variou de cerca de 72ºF a cerca de 90ºF), por menos de 1, 2 ou 5 minutos antes da ativação com a RF em 40 MHz e 55 a 62 Amperes.

[0070] A aparência da embalagem no lado inverso do substrato re- vestido é mostrada nas Figuras 4A, 5A e 6A. Dois substratos que foram separados e fotografados são mostrados nas Figuras 4B, 5B e 6B. Tabela 4 Aquecimento por RF Por 1 min 2min 5 min após o revestimento Faixa de espessura | 0,125a0,135pole- | 0,09 a 0,115 pole- | 0,075 a 0,105 pole- gada gada gada Observação Altura da espes- | Espessura desigual | Altura fortemente de- sura uniforme da | da composição seca, | sigual da composição composição seca, | mais de 40% do | seca, da espessura, menos de 10% do | substrato apresentou | mais de 80% do substrato apresen- | enrugamentos. substrato apresentou tou enrugamentos. enrugamentos. Figura 4A Figura 5A Figura 6A Figura 4B Figura 5B Figura 6B

[0071] Embora um elevado teor de sólidos permita uma produtivi- dade de fabricação mais rápida, a superfície da composição com alto teor de sólidos pode formar uma película na superfície da composição, o que impede a saída da umidade.

Para minimizar os enrugamentos e a formação de espuma desigual, a composição deve ser ativada com RF por 1 minuto.

Um processo de produtividade rápida que compreende o revestimento e a ativação do revestimento por 1 minuto permite o má- ximo benefício.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para formar espuma em uma composição, carac- terizado pelo fato de que compreende: (a) preparar a composição que compreende (i) um polímero à base de água, (ii) uma pluralidade de microesferas expansíveis que têm uma faixa de temperatura expansível inicial de cerca de 80ºC a cerca de 110ºC, e uma faixa de temperatura expansível máxima de cerca de 50ºC a cerca a 150ºC; e (iii) opcionalmente, um aditivo; e (b) expor a composição a um aquecimento dielétrico; por meio do qual a pluralidade de microesferas expansíveis na composição se expande.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero à base de água é selecionado do grupo que consiste em um polímero à base de emulsão selecionado do grupo que consiste em amido, uma dispersão de etileno e acetato de vinila, acetato de polivinila, acetato de polivinila e álcool polivinílico, acetato de polivi- nila estabilizado com dextrina, copolímeros de acetato de polivinila, co- polímeros de etileno e acetato de vinila, vinil acrílico, estireno acrílico, acrílico, borracha de estireno e butila, poliuretano e as misturas destes.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição também compreende um acelerador que é um sal multivalente solúvel em água.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o acelerador é selecionado do grupo que consiste em nitrato de alumínio, acetato de zircônio, carbonato de zirconil amônio, e as misturas destes.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aquecimento dielétrico é um aquecimento com rádio frequência.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o aquecimento com rádio frequência é realizado em faixas de menos de cerca de 300 MHz.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o aquecimento com rádio frequência é realizado em faixas de cerca de 13,27 ou 40 MHz.

8. Processo para a formação de um artigo, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) preparar a composição que compreende (i) um polímero à base de água, (ii) uma pluralidade de microesferas expansíveis que têm uma faixa de temperatura expansível inicial de cerca de 80ºC a cerca de 110ºC, e uma faixa de temperatura expansível máxima de cerca de 50ºC a cerca de 150ºC; e (iii) opcionalmente, um aditivo; (b) aplicar a composição a um primeiro substrato; (c) aplicar um segundo substrato à composição, formando desse modo o artigo no qual a composição é imprensada entre os dois substratos; (d) aplicar um aquecimento dielétrico ao artigo; por meio do qual a pluralidade de microesferas expansíveis na composição se expande.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o substrato celulósico é um cartão de fibras, um cartão corrugado, cartões branqueados sólidos, papel kraft ou papel revestido.

10. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a composição é aplicada em um padrão que consiste em uma série de pontos, listras, ondas, tabuleiros de damas, ou um for- mato de poliedro que tem substancialmente uma base plana.

11. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que também compreende as etapas de aplicação de um adesivo, entre o primeiro substrato e um segundo substrato, o qual é um adesivo de fusão a quente.

12. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o aquecimento dielétrico é um aquecimento com rádio frequência.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracteri- zado pelo fato de que o aquecimento com rádio frequência é realizado em faixas de menos de cerca de 300 MHz.

14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracteri- zado pelo fato de que o aquecimento com rádio frequência é realizado em faixas de cerca de 13, 27 ou 40 MHz.

15. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o artigo é um copo, um recipiente de alimento, uma caixa de papelão, um estojo, um saco, uma caixa, tampas, um envelope, um envoltório ou uma concha.