ES2187679T5 - Envase de carton para zumo de larga duracion. - Google Patents
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Abstract
SE DESCRIBE UNA ESTRUCTURA DE CARTON PARA ZUMOS CON UN LARGO PERIODO DE VIDA QUE POSEE UNA BAJA PERMEABILIDAD AL OXIGENO, NO TIENE FUGAS, TIENE UNAS CARACTERISTICAS MINIMAS SIN SACRIFICAR LA CAPACIDAD PARA PULIR LA COSTURA LATERAL O USAR PEROXIDO DE HIDROGENO COMO SUSTANCIA ESTERILIZANTE. LA ESTRUCTURA DEL ENVASE SE COMPONE DE UNA CAPA POLIMERICA DE POLIAMIDA (14), UNA CAPA DE COPOLIMERO DE ALCOHOL ETILENVINILICO (24) CON UN CONTENIDO DE COMONOMERO DE ETILENO DE 27 - 32 % MOLAR Y UNA CAPA FINA MATE LATERAL DE POLIMERO DE POLIOLEFINA.
Description
Envase de cartón para zumo de larga
duración.
Esta invención se refiere a una estructura de
envase de cartón para zumo sin lámina metálica de larga duración
ampliada. Más particularmente, la presente invención se refiere a un
envase que tiene las características de baja permeabilidad al
oxígeno, no presenta pérdidas durante al menos 90 días, tiene un
alto grado de retención del sabor, protección de la vitamina C,
resistencia al abollamiento y durabilidad sin sacrificar la
posibilidad de biselar la costura lateral de la pieza de cartón o
esterilizar el interior del cartón con peróxido de hidrógeno. La
estructura del envase incluye una capa de polímero de poliamida y
una capa de copolímero de alcohol vinil de etileno (EVOH) de gran
aislamiento y una capa fina de poliolefina sobre el lado mate de la
lámina.
Los polímeros de poliolefina sellables por
calor, tal como los políetilenos de baja densidad, son bien
conocidos para uso como componentes de envases de cartón corrientes
para comestibles y no comestibles, y tienen solo una resistencia
mínima a la difusión del oxígeno. Las picaduras, cortes,
agrietamiento de líneas rayadas o canales, existentes en embalajes
y cajas de cartón convencionales, crean localizaciones de pérdidas
adicionales. Es bien sabido que los materiales impermeables, como
la lámina de aluminio, los materiales polares frágiles como los
poliacrilonitrilos, cloruros de polivinilideno, cloruros de
polivinilo, etc., proveen diferentes grados de protección por
aislamiento contra la transferencia de oxígeno. Sin embargo, todos
estos materiales carecen de la resistencia necesaria para proveer
una estructura de baja permeabilidad a altos grados de deformación,
a saber, resistencia al agrietamiento por fatiga durante la
ranuración, formación del envase y abusos en la distribución.
Además, la pérdida a través de canales no sellados del envase de
cartón en las juntas de la parte superior, fondo y laterales han
redundado igualmente en el bajo rendimiento del envase de
cartón.
Las estructuras comerciales existentes para
envases de cartón para productos líquidos y sólidos, comestibles y
no comestibles han empleado una lámina de aislamiento fácilmente
sellable por calor compuesta por un sustrato de cartón y una capa
de aislamiento para el oxígeno de lámina metálica, estando ambos
emparedados entre dos capas gruesas de polímeros de poliolefina,
tales como el polietileno de baja densidad (LDPE). El polímero de
poliolefina es un material de aislamiento contra la humedad,
sellable por calor y relativamente poco costoso. Un problema de las
estructuras convencionales es que la capa de lámina metálica, que
actúa como aislamiento para la difusión del oxígeno hacia dentro y
fuera del envase de cartón, se agrieta durante la conversión de la
pieza, durante la formación del envase de cartón y durante las
etapas de distribución de los envases. En nuestra patente
US-A-4 888 222, se describe un
envase de este tipo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
1.
Por los documentos
US-A-5 324 528,
EP-A-0 293 098 y
EP-A-0 520 767, también se conoce el
uso de capas de EVOH en estructuras lamina con un peso de
recubrimiento de entre 0,8 y 8,1 g/m^{2} (tres a cinco libras por
resma). El documento US-A-5 093 164
describe el uso de una capa relativamente gruesa (0,01 mm) de EVOH
que contiene un 29% de etileno, hecha de una lámina concebida para
que tenga una gran tolerancia a los impactos y choques, y otra capa
ligeramente más gruesa (0,012 mm) de EVOH que contiene un 31% en
moles de etileno.
El doblado y plegado que tiene lugar durante la
formación de una parte superior en "gablete", parte superior
plana u otro cierre de parte superior plegado sellable por calor, y
fijado con aletas u otro fondo plegado convencional, ejercen una
presión local excesiva sobre la lámina metálica fina u otra capa de
aislamiento para el oxígeno y, como ocurre típicamente, aparecen
grietas y picaduras.
Hasta la fecha no ha habido envases de cartón
sin lámina metálica disponibles comercialmente y económicamente
convenientes que enfoquen de manera consecuente la impermeabilidad
al oxígeno de envases de vidrio o metal. Un objetivo de la presente
invención es producir una estructura laminar de envase sin pérdidas,
de baja permeabilidad al oxígeno, y de larga duración ampliada, tal
como un envase basado en cartón o envase de cartón que prevenga la
difusión de gases a su través y que, además, prevenga la pérdida de
componentes del sabor, o la entrada de contaminantes
microbiológicos. Otro objetivo de la presente invención es producir
dicho tipo de envase que sea económico, sobre la base de un coste
por envase que sea fundamentalmente compatible con la maquinaria de
transformación existente, y que se pueda fabricar, llenar y sellar a
velocidades económicamente altas, usando las temperaturas,
presiones y tiempos de secado de las máquinas de envasado
convencionales.
Otro objetivo de la presente invención es
proveer una estructura laminar de envase, tal como una estructura
de envase de cartón con la parte superior en forma de gablete, para
envasado de larga duración ampliada (ELL) de alimentos, tal como
zumo.
Otro objetivo más de la presente invención es
proveer una estructura laminar para envase sin lámina metálica con
una larga duración en estantería que se pueda esterilizar usando
peróxido de hidrógeno (H_{2}O_{2}), que quite muy poco aceite
esencial, que se pueda biselar y coser lateralmente y que tenga un
rendimiento en durabilidad y resistencia al abollamiento superior.
La estructura debe tener una baja permeabilidad al oxígeno y
prevenir la entrada de contaminantes microbiológicos.
Estos objetivos los cumple un envase de acuerdo
con la reivindicación 1. Consecuentemente, la presente invención
provee un envase formado con una lámina que es como se reivindica en
las reivindicaciones adjuntas.
Estos y otros atributos de la presente invención
se van a describir a título de ejemplo haciendo referencia a los
siguientes dibujos en los que:
La figura 1 es una sección transversal de la
realización preferida de la lámina de la presente invención;
La figura 2 es una sección transversal de la
realización preferida de la lámina mostrada en la figura 1,
mostrando un posible orden de construcción de la lámina; y
La figura 3 es una sección transversal de la
lámina mostrada en la figura 1, en estado biselado.
La realización preferida de la presente
invención es para una estructura laminar sin pérdidas, con baja
permeabilidad al oxígeno y de larga duración ampliada como se
muestra en la figura 1. Todos los pesos del recubrimiento están
expresados en g/m^{2} (libras por 3.000 pies cuadrados). La
estructura preferida 5 tiene un sustrato de cartón 10 con un peso
de 162,8 - 651 g/m^{2} (100 - 400 libras) a la que se aplica sobre
un lado una capa de recubrimiento de polímero de poliolefina 12 tal
como un polietileno de baja densidad, polietileno de baja densidad
lineal o una mezcla de los mismos, con un peso del recubrimiento de
entre 8,1 y 32,4 g/m^{2} (5 - 20 libras) y preferiblemente de
alrededor de 19,4 g/m^{2} (12,0 libras). La capa 12 es la capa
"satinada" que está en contacto con la atmósfera. En el lado
inferior o parte interior del sustrato 10 hay una capa de polímero
de poliamida 14 que tiene un peso de recubrimiento de entre 3,2 y
32,4 g/m^{2} (2 - 20 libras) y preferiblemente de alrededor de
8,1 g/m^{2} (5 libras.). La capa de polímero de poliamida puede
ser de, entre otros materiales, nilón 6, nilón 6,6, nilón 6,10,
nilón 6,12, nilones amorfos, y otras poliamidas adecuadas. El lado
inferior o interior de la capa de polímero de poliolefina 14 tiene
una capa de unión 16 que la recubre. La capa de unión tiene un peso
de recubrimiento de entre 0,8 y 11,3 g/m^{2} (0,5 - 7 libras) y
preferiblemente de alrededor de 2,4 g/m^{2} (1,5 libras). Se
aplica una capa de polímero de poliolefina 18 al lado inferior o
interior de la capa de unión 16, y tiene un peso de recubrimiento de
entre 9,6 y 48,6 g/m^{2} (6 - 30 libras) y preferiblemente de
aproximadamente 29,2 g/m^{2} (18 libras).
La capa de polímero de poliolefina 18 tiene otra
capa de polímero de poliolefina 20 en su lado inferior o interior,
que tiene un peso de recubrimiento de entre 1,6 y 11,3 g/m^{2} (1
- 7 libras) y preferiblemente de alrededor de 6,4 g/m^{2} (4
libras). Se dispone una segunda capa de unión 22 en el lado inferior
de la capa de polímero de poliolefina 20, que tiene un peso de
recubrimiento de entre 0,8 y 8,1 g/m^{2} (0,5 - 5 libras) y
preferiblemente de aproximadamente 2,4 g/m^{2} (1,5 libras). Una
capa de copolímero de alcohol vinil de etileno de gran aislamiento
24, que tiene un peso de recubrimiento de entre 0,8 y 8,1 g/m^{2}
(0,5 - 5 libras) y preferiblemente de aproximadamente 3,2 g/m^{2}
(2 libras), esta dispuesta en el lado inferior o interior de la
segunda capa de unión 22. El lado inferior de la capa de copolímero
de alcohol vinil de etileno de gran aislamiento 24 tiene una
tercera capa de unión 26, que tiene un peso de recubrimiento de
entre 0,8 y 8,1 g/m^{2} (0,5 - 5 libras) y preferiblemente de
aproximadamente 2,4 g/m^{2} (1,5 libras). Finalmente, se dispone
una capa de polímero de poliolefina 28 sobre el lado mate o lado del
producto, sobre el lado inferior de la capa de unión 26. La capa de
polímero de poliolefina del lado mate 28 tiene un peso de
recubrimiento de entre 1,6 y 11,3 g/m^{2} (1 - 7 Iibras) y
preferiblemente de aproximadamente 6,4 g/m^{2} (4 libras).
Las superficies satinada exterior y mate
interior de la lámina son ambas capas de polímero de poliolefina 12
y 28, respectivamente. Usando polímero de poliolefina para ambas
superficies mate y satinada 28 y 12, se previene el contacto entre
el peróxido de hidrógeno esterilizante y el copolímero de alcohol
vinil de etileno, el polímero de poliolefina no reacciona
adversamente con el peróxido de hidrógeno y, de esta, manera se
permite que la lámina 5 cumpla los requisitos de la FDA. Dado que
el peróxido de hidrógeno es el agente esterilizante elegido, la
construcción de la presente invención es deseable realizarla sobre
estructuras convencionales. El peróxido de hidrógeno es la
sustancia más efectiva para la esterilización y eliminación de
contaminación microbiológica y cumple los requisitos de la FDA.
El uso de la capa de copolímero de alcohol vinil
de etileno de gran aislamiento 24 en conjunción con la capa de
unión 26 y la capa de polímero de poliolefina 28, minimiza la
pérdida de aceite esencial. Las pruebas de la estructura laminar
indican que la pérdida de sabor de la estructura 5 fue inferior al
10% durante un periodo de al menos 90 días, lo que se considera una
larga duración en estantería, y estuvo más cerca del 6% de pérdida
de sabor total con zumo de naranja. Las capas de copolímero de
alcohol vinil de etileno convencionales tienen un 44% en moles de
comonómero de etileno en el copolímero. La capa de copolímero de
alcohol de vinil de etileno de gran aislamiento 24 de la presente
invención tiene un contenido de comonómero de etileno de entre el 27
y el 32% en moles, siendo preferido el contenido de aproximadamente
el 29% en moles.
Los envases de cartón convencionales utilizan
una capa de copolímero de alcohol vinil de etileno que tiene un
contenido del 44% en moles de comonómero de etileno, y proporciona
alrededor de 5 - 6 semanas de duración en estantería. Para que este
tipo de envases de cartón consiga una impermeabilidad al oxígeno
comparable a la presente invención, se debe aumentar el espesor de
dichas capas de copolímero de alcohol vinil de etileno en al menos
dos a tres veces. Consecuentemente, aumenta el coste de tales
envases de cartón y los hace inviables para la mayor parte de las
aplicaciones.
La presente invención emplea una capa de
copolímero de alcohol vinil de etileno de gran aislamiento
recubierta por extrusión que tiene un contenido de comonómero de
etileno del 29% en moles. La capa de copolímero de alcohol vinil de
etileno de gran aislamiento 24 incorporada en la lámina 5 da lugar a
un envase que tiene la duración en estantería deseada de al menos
90 días. Además, la capa 24 tiene un espesor de aproximadamente la
mitad del espesor de la capa de copolímero de alcohol vinil de
etileno convencional que tiene un 44% en moles de comonómero de
etileno. Por ello, la lámina de la presente invención tiene una
duración en estantería más larga, al menos 90 días, y es menos
costosa que las láminas convencionales. Para que la capa de
copolímero de alcohol vinil de etileno convencional tenga una
impermeabilidad al oxígeno comparable, debería ser de 2 a 3 veces
más gruesa. Este tipo de construcción no es económicamente
viable.
En la formación de los envases preferidos a
partir de la lámina 5, se tienen que biselar las costuras laterales.
El biselado es un procedimiento para unir las costuras laterales de
los envases de cartón de forma que los bordes del cartón de la
estructura no queden expuestos al contenido líquido para prevenir su
penetración por capilaridad en la lámina. La lámina se trata de
forma que se solape sobre sí misma en varios sitios. Se pliega la
lámina, como se muestra en la figura 3, de forma que los bordes del
cartón no entren en contacto con el contenido del envase del lado
interior 50 de la lámina 5 se ha eliminado aproximadamente la mitad
de su espesor cerca del extremo de la lámina, de forma que se pueda
plegar sobre sí misma. Esto asegura que solo el polímero de
poliolefina entre en contacto con el contenido, y que entre en
contacto con el lado exterior 60. Con el fin de biselar la lámina
satisfactoriamente, hay que tener en cuenta que un polímero polar no
se puede sellar consigo mismo cuando se calienta incidiendo la
llama directamente, solo se puede hacer con los polímeros no
polares. Los polímeros de poliolefina, como el polietileno de baja
densidad, el polietileno de baja densidad lineal o una mezcla de
los mismos, son no polares y adecuados para su biselado.
Por esta razón, la capa de unión 26 y la capa de
polímero 30 de poliolefina 28 se utilizan en el lado mate. Las
capas 26 y 28 son relativamente finas. Por ejemplo, la capa de
polímero de poliolefina tiene normalmente un peso de recubrimiento
de 16,2 - 19,4 g/m^{2} (10 - 12 libras). Utilizando las capas 26
y 28, las costuras laterales de la lámina 5 se pueden biselar, ya
que el polímero de poliolefina se puede sellar sobre sí mismo
realizando el calentamiento mediante incidencia de la llama.
La capa de polímero de poliolefina 14 se provee
principalmente para solidez mecánica y resistencia térmica y, de
esta manera, mejorar el rendimiento en durabilidad y resistencia al
abollamiento de la lámina 5. La capa de polímero de poliolefina 18
actúa como capa de enmasillado, de forma que la capa 18 "se
funde" en cierta medida durante el calentamiento para rellenar
los canales que se forman cuando se pliega la lámina para formar un
envase. Las capas de unión 16 y 22 se podrían eliminar, en
principio, sin apartarse por ello del espíritu de la presente
invención.
Volviendo a la figura 2, la capa 12 de polímero
de poliolefina se dispone sobre el sustrato 10. La capa 14 de
polímero de poliamida, la capa 16 de unión y la capa 18 de polímero
de poliolefina se producen a continuación como una coextrusión 30,
y se disponen sobre una segunda superficie del sustrato 10. La capa
20 de polímero de poliolefina, la capa 22 de unión, la capa 24 de
copolímero de etileno alcohol de vinilo muy aislante, la capa 26 de
unión y la capa 28 de polímero de poliolefina se producen
seguidamente como una coextrusión 40 y se disponen sobre la
coextrusión 30 para formar la lámina 5. Si bien el anterior es un
procedimiento para producir la lámina 5, se pueden emplear otros
procedimientos. Las capas 18 y 20 de polímero de poliolefina
contiguas podrían ser una sola capa de polímero de poliolefina. La
capa crítica para lograr las características de rendimiento
deseadas de la presente invención se han expuesto previamente. Las
capas de polímero de poliolefina y de unión restantes se proveen
para ayudar en el manejo y producción de las coextrusiones y para
proporcionar la cantidad de material deseada a la lámina 5. Dichas
capas se pueden sustituir o eliminar según sea necesario siempre y
cuando que la lámina conserva la cantidad de material adecuada para
mantener las características de rendimiento deseadas.
Claims (9)
1. Un envase formado de una lámina que comprende
una serie de capas de material, estando las capas, desde el
exterior a la interior del envase, en la siguiente secuencia: una
capa (12) exterior de material de polímero termosellable que
recubre la superficie exterior de un sustrato (10); una capa (14) de
polímero de poliamida dispuesta sobre el lado interior de dicho
sustrato para proveer fortaleza mecánica y resistencia térmica y
mejorar la durabilidad de dicha lámina; una capa (24) de copolímero
de etileno/alcohol de vinilo (EVOH) muy aislante dispuesta interna
en dicha capa (14) de polímero de poliamida, para prevenir la
migración aceite esencial del contenido del envase hacia dentro de
la lámina; en el que no existe capa de hoja metálica alguna en la
lámina; caracterizado por un peso del recubrimiento de la
capa (24) de copolímero de EVOH de 0,8 - 8,1 g/m^{2} (0,5 - 5,0
libras/3000 pies^{2}); y porque la capa de copolímero tiene un
contenido de comonómero de etileno del 27 - 32% en moles; una capa
(26) fina de unión con un peso de recubrimiento de 0,8 - 8,1
g/m^{2} (0,5 - 5,0 libras/3000 pies^{2}) y una capa fina de
material (28) de polímero de poliolefina termosellable con un peso
de recubrimiento de 1,6 - 11,3 g/m^{2} (1 - 7 libras/3000
pies^{2}) dispuesta sobre el lado inferior de la capa (26) de
unión, estando la capa (26) y la capa (28) recubiertas sobre una
superficie interior de dicho copolímero para formar una superficie
interior de dicho envase, para permitir el terminado de las
costuras laterales de dicho envase y la esterilización de dicha
lámina con peróxido de hidrógeno.
2. Un envase como el
reivindicado en la reivindicación 1, en el que el sustrato (10) es
de cartón.
3. Un envase como el
reivindicado en la reivindicación 1 ó 2, en el que la capa exterior
(12) y la capa fina (28) de material de polímero sellable por calor
comprenden polietileno de baja densidad, polietileno de baja
densidad lineal o una mezcla de los mismos.
4. Un envase como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que
comprende otra capa de unión (16) dispuesta sobre la superficie
interior de la capa de polímero de poliamida (14).
5. Un envase como el
reivindicado en la reivindicación 4, que comprende una capa (18) de
polímero de poliolefina sobre la superficie interior de la capa
(16).
6. Un envase como el
reivindicado en la reivindicación 5, que comprende otra capa de
unión (22) dispuesta sobre la superficie interior de la capa de
polímero de poliolefina (18), y en el que la capa de copolímero de
alcohol vinil de etileno de gran aislamiento (24) está dispuesta
sobre la superficie interior de la capa de unión (22).
7. Un envase como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el que la cantidad de monómero de etileno en la capa de copolímero
de gran aislamiento (24) es del 29% en moles.
8. Un envase como el
reivindicado en la reivindicación 5 o en cualquiera de las
reivindicaciones dependientes de la misma, en el que la capa (18)
de un polímero de poliolefina tiene una segunda capa (20) de un
polímero de poliolefina sobre su superficie interior.
9. Un envase como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el que el polímero de poliamida de la capa (14) es nilón 6, nilón
6,6, nilón 6,10, nilón 6,12 o un nilón amorfo.
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