ES2119963T5 - Producto de capas multiples. - Google Patents
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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.
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