ES2119963T5 - Producto de capas multiples. - Google Patents

Abstract

EL INVENTO RELATA A UN PRODUCTO MULTI-CAPA, EN PARTICULAR PARA PRODUCIR CONTENEDORES, COMPRENDIENDO UNA CAPA (1) FORMADA DE UN MATERIAL DE EMPAQUETAR BASADO EN FIBRA EN UNA SUPERFICIE DE LA QUE ES DISPUESTA UNA CUBIERTA (3) PLASTICA MULTI-CAPA CERRADA DE GAS. PARA PREVENIR LA FORMACION DE MICROHOYOS, LA CUBIERTA (3) PLASTICA MULTI-CAPA CERRADA DE GAS ES FORMADA DE CAPAS ( 4A,4B,4C,4D,4E) PLASTICAS DE BARRERA DE 1-4 G/M2 SUPERPUESTAS, CAPAS (5) AGLUTINANTES DE 1-4 G/M2, Y UNA CAPA DE SUPERFICIE (6) DE UN MATERIAL POLIOLEFINA SELLABLE DE CALOR QUE TIENE SUFICIENTE ESPESOR PARA SELLANDO DE CALOR CERRAR LIQUIDO, TAL QUE LA CAPA PLASTICA DE BARRERA ES LA MAS CERCAN DE DICHAS CAPAS A LA CAPA DE MATERIAL (1) EMPAQUETADOR BASADA EN FIBRA.

Description

Producto de capas múltiples.

La presente invención se refiere a un producto multi-capa, en particular para producir envases, que comprende una capa formada de un material de envase a base de fibras sobre una de cuyas superficies está dispuesto un revestimiento de plástico multi-capa hermético a gas.

Los productos multi-capa del tipo anterior son muy conocidos actualmente por ejemplo en relación con envases para zumos de frutas cítricas. Frecuentemente, el material a base de fibras es cartón. La solución descrita en el documento EP-A2-0 293 098 es un ejemplo de las soluciones de la técnica anterior.

Otro ejemplo está descrito en el documento WO-A-92 04187. Este describe una cubierta de papel para formar un envase de producto alimenticio. La cubierta de papel tiene un revestimiento de plástico multi-capa que comprende una capa de unión de polímero, una capa de polímero de material impermeable a oxígeno, otra capa de unión de polímero y capa de polímero termosellado. El propósito de la capa impermeable a oxígeno es evitar la penetración de oxígeno desde la atmósfera ambiente dentro del envase que puede provocar deterioro de los productos alimenticios contenidos en el envase.

En relación con las soluciones de la técnica anterior, se han encontrado problemas en la etapa de fabricación de envases, particularmente en el termosellado las superficies de plástico juntas, donde pueden inducirse picaduras en el revestimiento de plástico multi-capa. La formación de picaduras presenta un problema particular cuando los agujeros se producen sobre la superficie interior del envase. Las características de buena hermeticidad al gas del revestimiento de plástico son en este caso parcialmente perdidas, puesto que el flujo de gas puede producirse incluso a través de microagujeros, aunque a pesar de los microagujeros, el revestimiento fuera hermético a líquido.

La formación de picaduras del revestimiento de plástico es el resultado, entre otras cosas, del hecho de que la alta temperatura aplicada al revestimiento en el termosellado reblandece y funde parcialmente la capas de plástico. Una razón adicional para las picaduras es que también el cartón se calienta en la región sellada, y teniendo en cuenta la presión del vapor, la humedad en el cartón tiende a penetrar en las capas de plástico fundidas parcialmente y reblandecidas, produciendo de esta manera picaduras en el revestimiento. El hecho es que cuanto más alta es la temperatura de termosellado y más alto es el contenido de humedad en el cartón, más fácilmente se inducirá la formación de las picaduras. La presión del vapor en el cartón tiende a hacer estallar puntualmente en puntos pequeños la capa de plástico aplicada al cartón. El punto de estallido sirve como un iniciador para la picadura.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un producto multi-capa con el que se puede eliminar el inconveniente de la técnica anterior. Se ha encontrado en relación con la invención que seleccionando el tipo de plástico termosellable para la estructura multi-capa de manera que pueda efectuarse el termosellado a una temperatura baja, puede disminuirse la picadura e incluso evitarse totalmente. La selección de la capa de plástico de acuerdo con lo anterior da lugar a que las capas de plástico no se ablanden y no pierdan su resistencia tan fácilmente como en las soluciones anteriores, dificultando de esta manera la formación de picaduras. Por otro lado, se disminuye la presión de vapor generada por la humedad en el cartón. La formación de picaduras puede evitarse también seleccionando como la capa de plástico que debe aplicarse al cartón un tipo de plástico que permanece dúctil y robusto a temperaturas de termosellado. La formación de picaduras puede ser influenciada adicionalmente seleccionando un tipo de plástico que permanezca dúctil en termosellado para una de las capas. Por consiguiente, la presente invención proporciona un producto multi-capa para producir envases, que comprende una capa formada de un material de envase a base de fibras sobre cuya superficie está dispuesto un revestimiento de plástico multi-capa hermético a gas, estando formado dicho revestimiento de plástico multi-capa hermético a gas de una capa de plástico de barrera de 1-4 g/m^{2}, una capa aglutinante de 1-4 g/m^{2}, y una capa de superficie de un material de poliolefina termosellable que tiene espesor suficiente para termosellado hermético a líquido estando superpuestas dichas capas de manera que la capa de plástico de barrera es la más próxima de dichas capas con respecto a la capa de material de envase a base de fibras, caracterizado porque la capa de plástico de barrera se aplica inmediatamente a la capa de material de envase a base de fibras.

La ventaja de la invención sobre la técnica anterior es primero y principalmente el hecho de que se consigue un resistencia y ductilidad más altas que hasta ahora para el producto multi-capa, y estas propiedades son retenidas también a temperaturas altas, tales como las empleadas en termosellado. Por consiguiente, la invención puede emplear incluso espesores de revestimiento de 15-30% más bajos que hasta ahora. Adicionalmente, es esencial que se mejoran la adhesión térmica y la resistencia de la junta en el termosellado, permitiendo de esta manera que se incremente la velocidad de la línea en el termosellado en un 10-20% con las mismas temperaturas y cantidades de calor. Este factor disminuye de nuevo la formación de picaduras en el revestimiento plástico. Una ventaja adicional del producto multi-capa de la invención es que la resistencia a la rotura por esfuerzo medio ambiental ESCR es mucho mejor que hasta ahora. Esta característica es significativa en el envasado de productos difíciles de retener. Por ejemplo en envases para detergentes líquidos, una ESCR alta permite la reducción del espesor total del revestimiento plástico aproximadamente en un 30%, si se pretende un tiempo de almacenamiento de aproximadamente un año. Una ventaja adicional de la invención es la resistencia a la abrasión alta. Como resultado, no se produce polvo plástico sobre líneas de fabricación de envases a alta velocidad, y las piezas brutas se mueven más uniformemente sobre las líneas que hasta ahora. A este respecto, puede mencionarse a modo de ejemplo que cuando se usa por ejemplo un polietileno de baja densidad lineal, es decir, un material PE-LLD, como la capa de superficie del revestimiento de plástico multi-capa, la resistencia a la abrasión es aproximadamente dos veces la resistencia a la abrasión de los productos de la técnica anterior. Además, las otras ventajas indicadas anteriormente han sido explicadas principalmente con material PE-LLD que es el material de capa de superficie en dicho revestimiento de plástico multi-capa.

A continuación la invención se explicará con mayor detalle por medio de las formas de realización preferidas presentadas en el dibujo que se acompaña, donde las figuras 1-5 muestran las formas de realización preferidas del producto multi-capa de la invención.

La figura 1 muestra una primera forma de realización preferida del producto multi-capa de la invención. El número de referencia 1 en la figura 1 designa una material de envase a base de fibras, que puede ser por ejemplo cartón. En esta forma de realización, una capa 2 de polietileno de baja densidad PE-LD se proporciona sobre una superficie del cartón. La capa 2 está destinada a proporcionar la superficie exterior para el envase terminado. La capa PE-LD 2 no es indispensable, puesto que la superficie exterior del envase terminado puede realizarse también de otras maneras. Una superficie de laca o una superficie tratada de otra manera que debe ser repelente al agua, o en algunos casos incluso una superficie de cartón no tratada, pueden mencionarse como ejemplos.

En esta forma de realización, un revestimiento de plástico multi-capa hermético a gas 3 se aplica a la otra superficie del cartón 1, es decir, a la superficie que se pretende que proporcione la superficie interior del envase terminado. El revestimiento de plástico multi-capa 3 está formado de capa de plástico de barrera superpuesta 4a, una capa aglutinante 5, y una capa superficial 6 de un material de poliolefina termosellable.

En la forma de realización de la figura 1, la capa de plástico de barrera 4a está hecha de un material copolímero de alcohol de etileno al 32%, y la capa de superficie 6 que proporciona la superficie interior del envase está hecha a su vez de polietileno de baja densidad lineal, PE-LLD. La capa de aglutinante 5 puede ser por ejemplo PE-LLD modificado con ácido. En la forma de realización de la figura 1, el espesor de capa de las diferentes capas en el revestimiento de plástico multi-capa es como sigue: capa de plástico de barrera 4a 1-4 g/m^{2}, capa de aglutinante 5 1-4 g/m^{2}, y el espesor de la capa de superficie 6 se elige para que sea suficiente para termosellado hermético a líquido. El espesor de la capa 6 puede variar dependiendo del producto que se empaqueta, por ejemplo puede ser menor de 20 g/m^{2} con zumos y para exceder de 20 g/m^{2} con substancias agresivas, tales como detergentes. El espesor de la capa PE-LD 2 en el lado inverso del cartón puede ser por ejemplo de 20 g/m^{2}.

Con la solución anterior, se obtienen un revestimiento fino, más ventajoso y mejores propiedades de barrera que hasta ahora. Las ventajas adicionales de la solución de acuerdo con al Figura 1 incluyen buena resistencia a abrasión mecánica, ESCR ventajosa, buena capacidad para termosellado, una temperatura de sellado más baja, y buenas características después del tratamiento. La forma de realización de acuerdo con la figura 1 puede utilizarse también con ventaja en relación con líquidos difíciles de retener.

La figura 2 muestra otra forma de realización preferida de la invención. La forma de realización de la figura 2 corresponde esencialmente a la forma de realización de la figura 1, y hasta ahora la figura 2 emplea los mismos números de referencia que la figura 1 en puntos correspondientes. La única diferencia con respecto al ejemplo de acuerdo con la figura 1 es que la capa de plástico de barrera 4b del revestimiento de plástico multi-capa hermético a gas 3 está hecha de una mezcla de un polímero de alcohol etilenvinílico EVOH y mica. Esta mezcla es una substancia conocida por sí, y está descrita de forma más detallada por ejemplo en la Patente de los Estados Unidos 4 818 782.

La mica da buena adhesión de EVOH al cartón en revestimiento por extrusión, y la buena adhesión disminuye a su vez la tendencia al soplado. Adicionalmente, la mica contribuye a la resistencia de EVOH, y esta resistencia aumentada es importante especialmente en conexión con termosellado, disminuyendo de esta manera la tendencia al soplado. La mica es también un material que tiene una conductividad térmica más alta que EVOH, y por lo tanto el calor de sellado no es almacenado fácilmente en el EVOH.

La mica imparte al EVOH buenas propiedades de barrera de gas y sirve para reducir permeabilidad a luz ultravioleta. Con vistas al reciclado, EVOH+ mica es más práctico que EVOH solo.

Con relación a la mica, la temperatura de termosellado puede mantenerse en el mismo nivel en la producción de pieza bruta y en la máquina de llenado que con el uso de cartón de folio de Al. Del mismo modo, la ventana de funcionamiento para termosellado es igualmente ancha en el caso de EVOH+mica que cuando se utiliza cartón laminado de Al. Sin mica, la temperatura de termosellado deber reducirse en aproximadamente 30ºC y la ventana de funcionamiento se reduce en aproximadamente 20ºC. Sin embargo, cuando se añade mica, el proceso puede realizarse mejor en el extremo inferior de la ventana de funcionamiento, y así la presión de vapor del agua contenida en el cartón es baja y no se inducen microagujeros. Sin mica, la existencia de microtaladros sería muy similar.

La figura 3 muestra una tercera forma de realización preferida de la invención. La forma de realización de la figura 3 corresponde substancialmente a las formas de realización de las figuras 1 y 2. La única diferencia es que en la forma de realización de la figura 3, la capa de plástico de barrera 4c está hecha de una mezcla de copolímero de alcohol etilenvinílico y un polímero de etileno que tiene grupos CO. La figura 3 emplea los mismos números de referencia que las figuras 1 y 2 en puntos correspondientes.

Como indicado anteriormente, en la forma de realización de acuerdo con la figura 3 la capa de plástico de barrera 4c está hecha de una mezcla de copolímero de alcohol etilenvinílico y un polímero de etileno que tiene grupos CO, es decir, una mezcla de EVOH+ECO. El plástico EVOH que contiene ECO tiene resistencia a la fusión más alta que el plástico EVOH solo. La resistencia a la fusión alta es un factor importante con vistas al revestimiento por extrusión. La resistencia inferior a la fusión de EVOH puro provoca formación de picaduras en la capa de EVOH en el revestimiento por extrusión solo. Esto es un resultado del hecho de que las fibras de cartón que deben revestirse tienden a romper un capa de EVOH fundida débil. La adición, por ejemplo, de 30% en peso de ECO con respecto al EVOH mejora la resistencia a la fusión de forma significativa, de manera que las fibras no inducen la formación de picaduras en la película de plástico fundida. Esto por su parte permite la aplicación directa de EVOH+ECO al cartón.

La alta resistencia a la fusión previene la explosión del plástico EVOH+ECO en el termosellado e impide por lo tanto la formación de microagujeros. Generalmente hablando, una capa de plástico EVOH+ECO permanece muy fuerte y dúctil en termosellado, y por lo tanto la tendencia a explosión es substancialmente más baja que con plástico EVOH solo.

Además, EVOH+ECO es menos sensible a variaciones en la humedad ambiente que EVOH solo. Esto es reflejado en las características de termosellado de manera que la presión procedente del cartón no deteriora la resistencia de la mezcla hasta una extensión igual como con EVOH puro. Por otro lado, la reducción en sensibilidad a la humedad se refleja también como una disminución distintiva en el efecto de humedad ambiente sobre hermeticidad a gas.

La figura 4 muestra una cuarta forma de realización preferida de la invención. La forma de realización de la figura 4 corresponde substancialmente a las formas de realización de las figuras 1-3. Una diferencia esencial con respecto a las formas de realización previas es que la capa de plástico de barrera 4d está hecha de una mezcla de un copolímero de alcohol etilenvinílico y poliamida. La figura 4 emplea los mismos números de referencia que las formas de realización de la figura 1-3 en puntos correspondientes.

En la forma de realización de la figura 4, la capa de barrera es EVOH+PA, es decir, una mezcla de plástico EVOH y PA. Se conocen varias mezclas de EVOH y PA por sí; ejemplos de estas son las Patentes de los Estados Unidos 4 952 628, 5 110 855 y 5126 401. El plástico PA es un plástico fuerte y muy dúctil. PA tiene un punto de fusión entre 230 y 240ºC, mientras el punto de fusión de EVOH es 168ºC. Las características de hermeticidad a gas de PA no son iguales a las de EVOH. Mezclando EVOH con PA, se consiguen las ventajas siguientes en aplicaciones multi-capa. La resistencia y ductilidad son mejoradas en revestimiento por extrusión y termosellado. Por esta razón, no se producen picaduras en el revestimiento por extrusión, y, por otro lado, teniendo en cuenta la ductilidad, la capa de EVOH+PA no se romperá ni permitirá la entrada de presión de vapor. En termosellado, la ventana de funcionamiento es 30ºC más amplia que con EVOH solo. Con vistas a la formación de pasta, PA puro es un plástico que es demasiado dúctil. EVOH+PA en una relación apropiada es una solución adecuada con vistas a la formación de pasta.

La figura 5 describe una quinta forma de realización de la invención. También esta forma de realización corresponde substancialmente a los ejemplos previos. La diferencia con relación a los ejemplos previos es que en este ejemplo la capa de plástico de barrera 4e está hecha de un poliéster termoplástico o copoliéster termoplástico. Ejemplos de tales materiales son tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno. La figura 5 emplea los mismos números de referencia que las formas de realización previas en puntos correspondientes.

En la forma de realización de la figura 5, el plástico de barrera es tereftalato de polietileno PET. Las características de hermeticidad a gas de PET son iguales a las de EVOH o PA, pero es significativo que las propiedades de barrera de PET no varían dependiendo de la humedad ambiente. Las características de resistencia al calor de PET son buenas; el punto de fusión es 255ºC. PET tiene también buenas características de resistencia y permanece dúctil a temperaturas que exceden de 200ºC. Por lo tanto, no se inducen microagujeros en PET en conexión con termosellado, y adicionalmente no se producirán picaduras en conexión con el revestimiento por extrusión. Los plásticos PET tienen adhesión suficiente con respecto al cartón solo cuando la cantidad de revestimiento PET es aproximadamente 40 g/m^{2} o más. Utilizando revestimiento por co-extrusión para producir por ejemplo un revestimiento de 3-capas, puede conseguirse sin embargo adhesión incluso con cantidades pequeñas de revestimiento PET. Todas las cantidades de revestimiento mencionadas en relación con la figura 1 son adecuadas también para las formas de realización de las figuras 2 a 5.

Una propiedad adicional de plásticos PET es que la variación de viscosidad por fusión puede causar incluso inestabilidad marcada en el revestimiento por extrusión. En el revestimiento por extrusión de tres capas, la inestabilidad de los plásticos PET es compensada con la estabilidad buena de las otras dos capas. La buena estabilidad corrige variaciones de gramage, ondulación del borde en los esmaltes de revestimiento de plástico, y estos factores juntos hacen que el uso de la producción de PET sea económico. Adicionalmente, puesto que el plástico PET es rígido, mejora la rigidez del envase y permite el almacenamiento de larga duración sin abombamiento. Este hecho es particularmente esencial en relación con envases asépticos.

En todas las formas de realización anteriores, la capa de plástico de barrera se aplica inmediatamente a la capa de material de envase a base de fibras 1. Un dispositivo de este tipo es particularmente ventajoso cuando la superficie de la capa de material de envase a base de fibras es suficientemente uniforme. Un ejemplo de un material de este tipo es cartón calandrado en caliente. Si la superficie del cartón es rugosa, se prefiere aplicar una capa uniforme a la superficie del cartón, haciendo uniformes las irregularidades de la superficie del cartón, en cuya situación el efecto deseado se consigue con una capa de plástico de barrera de un espesor preferido. Las fibras verticales en la superficie rugosa pueden extenderse fácilmente a través de la capa de plástico de barrera, deteriorando así la eficiencia del producto acabado. El propósito de la capa uniforme es proporcionar la eficiencia deseada sin ninguna necesidad para aumentar desordenadamente el espesor de la capa de plástico de barrera.

La estructura multi-capa de la invención puede fabricarse por ejemplo de la siguiente manera. La fabricación se explicará a continuación por medio de la forma de realización de la figura 2, pero es obvio que todas las formas de realización pueden fabricarse de forma similar. Una cinta continua de cartón 1 que debe revestirse puede tratarse, si es necesario, por el método de llama, corona, impresión o plasma sobre ambos laterales. El cartón o papel pretratado es revestido sobre ambos lados en una pasada individual como sigue: El revestimiento de PE-LD 2 de la superficie que proporciona la superficie exterior para el envase acabado se efectúa sobre el cartón flameado por el método de extrusión. El revestimiento de plástico 3 de la superficie interior del envase acabado se efectúa en una pasada individual extruyendo todas las capas necesarias de una vez para proporcionar el revestimiento de 3-capas mostrado en la figura. Esto permite que se utilicen temperaturas de extrusión bajas, de manera que el EVOH sensible al calor no se degradará térmicamente. El EVOH+mica se alimenta desde una extrusionadora por sí mismo, el polímero aglutinante desde una extrusionadora por sí mismo, y el PE-LLD desde una extrusionadora por sí mismo. La superficie exterior de la lámina de cartón revestida de la manera anterior es tratada por corona para permitir que incida tinta de impresión y para mejorar el termosellado. Son posibles también otros tratamientos que mejoran impresión, tales como tratamiento Printable Glueable (PG). La lámina de plástico-carbón preparada de esta manera puede ser ahora termosellada por métodos convencionales.

La invención explicada anteriormente es particularmente ventajosa como un material de envase para zumos cítricos, agua y otras materias alimenticias fluidas, por ejemplo materiales que están doblados en envases cuadrados, rectangulares o cilíndricos.

La capa 6 no está limitada a material PE-LLD, sino que la olefina de dicha capa puede ser por ejemplo, polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, polipropileno y polibutileno. El material de poliolefina de la capa 6 puede ser también una mezcla, por ejemplo, una mezcla de un polietileno de baja densidad lineal y un polietileno de baja densidad. El material de envase a base de fibras no necesita ser necesariamente cartón, sino que son posibles también otros materiales, tales como papel o cartón revestido con plástico.

Claims (9)

1. Un producto multi-capa para producir envases, que comprende una capa (1) formada de un material de envase a base de fibras, sobre una de cuyas superficie está dispuesto un revestimiento de plástico multi-capa hermético a gas (3), estando formado dicho revestimiento de plástico multi-capa hermético a gas (3) de una capa de plástico de barrera de 1-4 g/m^{2} (4a, 4b, 4c, 4d, 4e), una capa de aglutinante de 1-4 g/m^{2} (5), y una capa de superficie (6) de un material de poliolefina termosellable que tiene espesor suficiente para termosellado hermético a líquido, estando superpuestas dichas capas de tal manera que la capa de plástico de barrera es la más próxima de dichas capas a la capa de material de envase a base de fibras (1), caracterizado porque la capa de plástico de barrera (4a, 5b, 4c, 4d, 4e) se aplica inmediatamente a la capa de material de envase a base de fibras (1).

2. Un producto multi-capa como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de plástico de barrera (4a) está hecha de un material copolímero de alcohol etilenvinílico al 32%.

3. Un producto multi-capa como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de plástico de barrera (4b) está hecha de una mezcla de un copolímero de alcohol etilenvinílico y mica.

4. Un producto multi-capa como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de plástico de barrera (4c) está hecha de una mezcla de un copolímero de alcohol etilenvinílico y un polímero etileno que tiene grupos CO.

5. Un producto multi-capa como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de plástico de barrera (4d) está hecha de una mezcla de un copolímero de alcohol etilenvinílico y poliamida.

6. Un producto multi-capa como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de plástico de barrera (4e) está hecha de un poliéster termoplástico o un copoliéster termoplástico.

7. Un producto multi-capa como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-6, caracterizado porque la capa de aglutinante (5) está hecha de un polietileno de baja densidad modificado con ácido.

8. Un producto multi-capa como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque el material de poliolefina de la capa de superficie (6) es un polietileno de baja densidad lineal.

9. Un producto multi-capa como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-8, caracterizado porque el material de poliolefina de la capa de superficie (6) es un polietileno de baja densidad.