ES2187679T5 - Envase de carton para zumo de larga duracion. - Google Patents

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.