ES2230373T3 - Envase de vidrio con recubrimiento mejorado y proceso para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Envase de vidrio que se ha provisto de un recubrimiento de base polimérica y/o una etiqueta polimérica, como mínimo, sobre una superficie del mismo, estando dicha superficie provista de un prerrecubrimiento de, como mínimo, un alcohol polivinílico por debajo de dicho recubrimiento de base polimérica y/o etiqueta polimérica, que se caracteriza porque dicho prerrecubrimiento se encuentra en una

Description

Envase de vidrio con recubrimiento mejorado y proceso para su fabricación.

La presente invención se dirige a un envase de vidrio, especialmente una botella para contener materiales líquidos, que tiene características superficiales mejoradas. Más particularmente, la presente invención se dirige a un envase de vidrio que tiene un prerrecubrimiento polimérico en la superficie del mismo, el cual es adecuado para mejorar las características de la superficie, más particularmente, para mejorar la adhesión de otros materiales poliméricos, tales como recubrimientos y/o materiales de etiquetado de base polimérica adicionales.

Actualmente, los envases de vidrio se etiquetan de diferentes formas. El método predominante consiste en etiquetas de papel impresas pegadas al envase en el momento del llenado y sellado. Dichas etiquetas ofrecen un potencial técnico casi ilimitado y se utilizan habitualmente en envases para comida y bebida, los cuales se pueden utilizar tanto para el mercado retornable como para el no retornable. Ésta es la técnica con el menor coste, pero ofrece una escasa resistencia a los daños en la etiqueta. Además, los sistemas de pegado utilizados son una fuente constante de problemas en las operaciones de llenado de botellas a velocidades altas.

Una segunda técnica de etiquetado de envases, desarrollada más recientemente, es la de aplicar una etiqueta de Styrofoam fina para cubrir el envase desde la base hasta el cuello, estando el material decorativo y/o informativo impreso en una capa exterior de la etiqueta de Styrofoam más densa. Ésta se utiliza ampliamente en las botellas de peso más ligero, de un solo uso, habituales en la industria de bebidas. Ofrece algo de resistencia al impacto y una gran área superficial para imprimir la información y las instrucciones del producto, así como los logotipos de empresa. Por necesidad, cubre la mayor parte del envase e impide la inspección visual del contenido por parte del consumidor. Además, es más cara que la etiqueta de papel, tiene poca durabilidad y se ensucia con facilidad. Debido a que la superficie de impresión es relativamente áspera, no es posible una impresión de alta definición. También se convierte en un contaminante en el centro de reciclaje del vidrio, así como en la planta de vidrio, cuando se refunde el envase.

Una tercera técnica de etiquetado de envases es la de imprimir tinta cerámica directamente en la superficie del envase mediante una tecnología de impresión serigráfica. Mientras la apariencia de la etiqueta es generalmente buena, la técnica se limita habitualmente a dos o tres colores debido a cuestiones de coste.

Sin embargo, tanto la impresión directa de tinta cerámica como las técnicas de calcomanías de tinta cerámica requieren un quemado posterior a temperatura elevada para fundir la tinta en el sustrato del vidrio. Además, mientras la etiqueta de tinta cerámica preimpresa reduce algo los problemas técnicos, ambas técnicas requieren una atención extrema al detalle, un elevado nivel de mantenimiento y funcionan fuera de línea a velocidad lenta, con elevados costes de trabajo. Debido al elevado coste, la técnica de etiquetado menos utilizada habitualmente es la de las tintas cerámicas.

Otra técnica para etiquetar envases se basa en la transferencia de imágenes, es decir, una técnica en la que una imagen de tinta se transfiere de un sustrato de película al vidrio. Este método tiene diferentes ventajas sobre las técnicas habituales de etiquetado, especialmente con respecto a la capacidad de guiar la calidad, durabilidad y aplicabilidad de las imágenes.

Un factor importante que afecta a la fuerza de cualquier envase dado es el grado en el cual la superficie exterior se ha rayado, desgastado o agrietado, dónde ocurre este daño de la superficie y cómo se aplican la presión interna o las fuerzas externas posteriores. Debido a las innumerables combinaciones posibles, es beneficioso proteger la superficie exterior del envase de vidrio de ser dañada.

Hasta la fecha, la protección de la superficie exterior del envase se ha conseguido mediante el tratamiento superficial durante el proceso de fabricación del envase, utilizando dispositivos de vapor y pulverización para proporcionar lubricidad a las superficies de contacto antes de que los envases se sometan a las operaciones automáticas, potencialmente dañinas, de transporte, inspección, empaquetado, lavado, llenado y etiquetado.

Durante esas operaciones de transporte, los envases se someten a presiones de línea considerables, así como al desgaste de unos envases contra los otros. Esto puede dar como resultado el daño de la superficie y, en caso de ser suficientemente grave, puede resultar en una botella debilitada o rota. A medida que aumentan las velocidades de producción de los envases de vidrio, la frecuencia y gravedad del impacto y del desgaste aumentan.

El recubrimiento de película muy fina protectora en frío que proporcionan las técnicas que se practican actualmente, proporciona algo de protección contra el desgaste pero poca protección frente al impacto.

Las técnicas actuales incluyen la utilización de un recubrimiento llamado "recubrimiento en frío" sobre el vidrio después de la fabricación. Habitualmente, este recubrimiento se basa en la aplicación de un material de tipo polietilénico sobre la superficie del vidrio de los envases de bebida. Este recubrimiento se aplica generalmente mediante pulverización o, de otra manera, mediante la distribución de un material de base polietilénica sobre la superficie, material que se distribuye en forma de pequeños puntos en la superficie cuando se seca. Tal como bien se sabe, este material polietilénico tiene un nivel dina/energía superficial muy bajo y, como tal, es muy difícil aplicar cualquier material sobre la superficie del mismo. Más particularmente, los adhesivos para etiquetas y otros materiales de recubrimiento no se adhieren bien a ese tipo de recubrimiento en frío.

Los envases de comida o los tipos no presurizados utilizarán una variante de ácido oleico en una película fina continua. Este material se aplica habitualmente como vapor, a través de una pantalla calentada y presurizada.

En la patente de Estados Unidos 3 864 152 y en la patente europea EP 0 624 404 se describen envases de técnicas anteriores que reflejan el preámbulo de la reivindicación 1 adjunta.

De esta manera, un objetivo de la presente invención es proporcionar un recubrimiento mejorado para el vidrio que pueda sustituir los recubrimientos en frío utilizados actualmente, que cuente con la aprobación de la FDA, a la vez que tenga, por un lado, como mínimo, la buena lubricidad de los materiales de polietileno o de ácido oleico utilizados actualmente, y por el otro, que no tenga desventajas, como una pobre adhesión de materiales adicionales que se han de aplicar sobre la superficie de dicho prerrecubrimiento, tales como etiquetas de base polimérica o recubrimientos protectores o decorativos.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar a las botellas de vidrio prerrecubrimientos con lubricidad a corto plazo, es decir, la lubricidad necesaria para el transporte después de la producción, el empaquetado y el transporte. Es importante proporcionar lubricidad a corto plazo al envase, tanto por las características del flujo de línea como para proteger la superficie del vidrio del daño por desgaste. Las microrayas y/o impactos en la superficie debilitarán la integridad estructural del envase que podría, en último término, llevar a la ruptura en la línea de llenado del cliente. Cualquier recubrimiento en frío necesitaría la aprobación de la FDA debido a las exigencias de aplicación con la parte superior abierta. Como tales, pocos materiales serían aptos para esta aplicación en línea en una planta de fabricación de envases. El PVA satisface este requisito y, de hecho, se utiliza como aditivo alimentario en algunos productos.

La presente invención se basa en el hecho de que la utilización de un recubrimiento de alcohol polivinílico como recubrimiento de base en frío para una botella de vidrio, por debajo de un recubrimiento de base polimérica o una etiqueta de base polimérica, proporciona propiedades superiores a la botella de vidrio en términos de adhesión y resistencia al desgaste.

El PVA, que se sabe que es un promotor de adhesión para productos como el látex, el chicle y los adhesivos, cumple estos requisitos. Encontrar un material que tenga la capacidad de proporcionar lubricidad a corto plazo, la aprobación de la FDA, y de actuar como promotor de adhesión es verdaderamente único. Todo ello, combinado con el hecho de que el PVA se puede aplicar mediante la utilización de los equipos de aplicación existente y relativamente con las mismas temperaturas de horno, lo hace ideal para el uso con recubrimientos o etiquetas de base polimérica.

Por lo tanto, la presente invención, en su sentido más amplio, está dirigida a un envase de vidrio que se ha provisto de un recubrimiento de base polimérica y/o una etiqueta polimérica, como mínimo, sobre una superficie del mismo, estando dicha superficie provista de un prerrecubrimiento de, como mínimo, un alcohol polivinílico, por debajo de dicho recubrimiento de base polimérica y/o dicha etiqueta de base polimérica, estando dicho prerrecubrimiento en una cantidad de hasta 2 mg/dm^{2}. En la presente invención se abarcan un método y una utilización correspondientes.

Descripción de realizaciones detalladas

La presente invención, en realizaciones más detalladas, se puede aplicar, por lo tanto, en dos áreas importantes, es decir, en el área de la aplicación de etiquetas de base polimérica (en comparación con las de base de papel) y en el área de la aplicación de un recubrimiento protector o decorativo en las botellas de vidrio.

En la primera realización, la presente invención se aplica en el área de las botellas de vidrio que tienen una etiqueta de base polimérica, es decir, una etiqueta de película polimérica o una llamada etiqueta de sólo tinta, basada en técnicas de transferencia de imágenes. En las patentes WO-A 9005088 y WO-A 9005353, por ejemplo, se da a conocer una descripción general de esta técnica. Otras realizaciones del sistema de transferencia de imágenes se dan a conocer en las patentes WO-A 9734810, WO-A 0735292, WO-A 9735291 y WO-A 9735290.

En la segunda realización, la presente invención se aplica en el área de las botellas de vidrio que tienen un recubrimiento protector o decorativo, tal como se describe en las patentes de Estados Unidos 5.686.188 y 5.997.960.

Para recibir estos recubrimientos protectores o decorativos, los envases se conducen hacia un sistema de pulverización de estación simple o multi-estación que se ha diseñado para dirigir las necesidades de cobertura uniforme del envase, recogida y/o reciclaje del exceso de pulverizado. El calor residual en el envase es adecuado para evaporar el disolvente o agua portadores a una velocidad acelerada. La vaporización del disolvente o agua portadores tendrá lugar a la temperatura de botella elevada del etiquetado posterior. Si no se utiliza tal sistema de etiquetado, debe proporcionarse algún otro tipo de calor, por ejemplo, aire caliente, para evitar que el disolvente o agua portadores queden retenidos, lo cual, de otra forma, debilitaría o dañaría el recubrimiento.

Entre la cabina de pulverización y la cámara de curado se proporciona suficiente espacio para que tenga lugar la vaporización.

En caso de que los materiales se pulvericen, es deseable evitar que cualquier material entre en contacto con el final del envase. Ésta es el área que incluye la superficie de apertura, de sellado superior, el área de cierre de tapa o rosca y la anilla que sobresale inmediatamente por debajo. Esto se podría conseguir mediante un dispositivo de pinzado del envase diseñado para cubrir completamente el área descrita anteriormente, por ejemplo, con un soporte partido que, cuando se cerrase, se ajustase para formar una barrera para el material de pulverización. El recubrimiento por inmersión y por flujo son otros procesos que se pueden utilizar para aplicar el recubrimiento.

Los dispositivos de pinzado están acoplados a una red transportadora cuyo diseño permite espaciar los envases de vidrio para optimizar el recubrimiento y el curado de los materiales de recubrimiento. Las pinzas deben diseñarse también para rotar el envase en las posiciones de pulverizado y curado para asegurar un recubrimiento y procesado uniformes.

Más que por pulverización, la aplicación de la solución de recubrimiento se podría conseguir por recubrimiento de rodillos o cintas. Entre los métodos alternativos de aplicación del recubrimiento superior se incluyen, pero no se limitan al uso de un rodillo con forma para conformar el contorno del envase, una cinta suficientemente flexible para conformar el contorno del envase, o hacer circular el recubrimiento por encima del envase mientras rota lentamente. La inmersión también puede ser ventajosa. Cada opción, tiene sus propias ventajas y debe sopesarse en cuanto a economía, calidad y niveles de producción.

En la primera realización mencionada de la presente invención, se aplica una imagen o etiqueta a la superficie del vidrio mediante técnicas conocidas. Previamente a la aplicación de la etiqueta o de la imagen, la superficie del vidrio se ha prerrecubierto con el alcohol polivinílico. Contrariamente a la situación en la que se utilizaba el recubrimiento de polietileno habitual, el proceso de la presente invención no requiere que el recubrimiento se elimine del área en que se va a aplicar la etiqueta o imagen. El propio prerrecubrimiento mejora, de hecho, la adhesión de la etiqueta polimérica y de la imagen, en lugar de estropearla, como los materiales de las técnicas anteriores.

Esta aplicación de la etiqueta puede ser mediante el suministro por cargador o bien por rodillo, dependiendo de las características de las botellas, del tipo de aplicador y similares.

En el caso de la transferencia de imágenes, se utilizan, preferiblemente, los procesos descritos en las solicitudes de patente internacionales referenciadas anteriormente.

En la segunda realización, la utilización de recubrimientos protectores y/o decorativos, el recubrimiento se puede aplicar por encima del recubrimiento de alcohol polivinílico, después del secado del mismo, de la misma forma que se ha descrito la aplicación del recubrimiento de PVA.

El recubrimiento de PVA se puede aplicar fácilmente como solución acuosa o emulsión, dependiendo del peso molecular y el grado de hidrólisis. Un intervalo preferido de peso molecular se encuentra entre 10.000 y 500.000, ya que dentro de estos intervalos son más pronunciados los efectos positivos en las propiedades del recubrimiento. El grado de hidrólisis, es decir, la cantidad de grupos éster convertidos en grupos hidroxilo es, preferiblemente, como mínimo, de un 87%, más particularmente, como mínimo, de un 95%, y, con la mayor preferencia, como mínimo, de un 99%. Este grado de hidrólisis también influye en las propiedades del recubrimiento.

La cantidad de PVA en la solución acuosa o emulsión, se encuentra, generalmente, entre un 0,1 y un 10% en peso, preferiblemente, entre un 0,25 y un 5% en peso. Esta cantidad se selecciona de forma que la cantidad correcta de prerrecubrimiento se aplique uniformemente en la superficie del vidrio. La viscosidad juega un papel importante en este respecto, la cual, a su vez, está determinada por el peso molecular del PVA y la cantidad en el sistema acuoso. Generalmente, se prefieren las viscosidades en el intervalo de 5 a 35 segundos (20ºC, copa Zahn #2).

La cantidad de PVA aplicada a la superficie del sustrato de vidrio puede variar dentro de intervalos amplios, dependiendo de las propiedades requeridas de la superficie recubierta. Esta cantidad se determina, generalmente, mediante el ángulo de deslizamiento resultante de la medida en equipos de laboratorio de estándares industriales, es decir, la American Glass Research (tabla inclinada), que se encuentra, preferiblemente, entre 14 y 25º. Las cantidades de PVA en la superficie se encuentran, generalmente, entre 0,2 y 2 mg/dm^{2}.

En ciertos casos puede ser ventajoso modificar el PVA, por ejemplo, con silano o siloxano, para mejorar, todavía más, las propiedades de adhesión. Por otra parte, puede ser ventajoso incluir un tratamiento del vidrio con silano, previo o posterior a la aplicación del recubrimiento de PVA.

Finalmente, también es posible utilizar el recubrimiento de PVA después de la aplicación de la imagen o de la etiqueta a la superficie del vidrio, opcionalmente, como segundo recubrimiento, siendo el primer recubrimiento PVA u otro.

La presente invención se esclarece ahora en base a varios Ejemplos, que pretenden proporcionar una mejor comprensión, pero no una limitación de la invención.

Ejemplos

Se prepararon de varias maneras 12 botellas de cerveza de cuello largo de 12 onzas y se les proporcionó un recubrimiento con color acrílico con un grosor de 12 \mum. Las botellas se probaron en un simulador de línea, en el que el tiempo hasta el fallo en la superficie se determinó durante el desgaste de la línea húmeda. El montaje del simulador de línea correspondió a una línea de 972 botellas por minuto y un ángulo de deslizamiento de 35º.

En la tabla 1 se ha proporcionado el tipo de pretratamiento de la botella, previo a la aplicación del recubrimiento con color acrílico, y en la tabla 2, se proporcionan los resultados de la prueba de desgaste de línea. El recubrimiento acrílico se aplicó sobre el prerrecubrimiento, si lo hubiese, sin tratamiento superficial adicional posterior.

TABLA 1

Ejemplo	Prerrecubrimiento
1	Ninguno
2	Polietileno
3	Monoestearato (ácido)
4	Monoestearato
5	Estearato sódico
6	Alcohol polivinílico

TABLA 2

1

Los resultados muestran claramente que la utilización de alcohol polivinílico como prerrecubrimiento proporciona un resultado superior en la adhesión del recubrimiento acrílico.

Claims (25)

1. Envase de vidrio que se ha provisto de un recubrimiento de base polimérica y/o una etiqueta polimérica, como mínimo, sobre una superficie del mismo, estando dicha superficie provista de un prerrecubrimiento de, como mínimo, un alcohol polivinílico por debajo de dicho recubrimiento de base polimérica y/o etiqueta polimérica, que se caracteriza porque dicho prerrecubrimiento se encuentra en una cantidad de hasta 2 mg/dm^{2}.

2. Envase, según la reivindicación 1, en el que dicha superficie se ha provisto con una etiqueta.

3. Envase, según la reivindicación 2, en el que dicha etiqueta se basa en una película polimérica que lleva gráficos de etiquetado o en un sistema de transferencia de imágenes de sólo tinta.

4. Envase, según la reivindicación 1, en el que dicho recubrimiento es duradero, lubricado, altamente resistente al impacto y mejora la apariencia del envase de vidrio al cual se aplica.

5. Envase, según la reivindicación 4, en el que dicho recubrimiento se aplica por encima de una etiqueta.

6. Envase, según la reivindicación 4 ó 5, en el que dicha etiqueta es una etiqueta polimérica o de papel.

7. Envase, según las reivindicaciones 1-6, en el que el recubrimiento de alcohol polivinílico se aplica por encima de una superficie de vidrio tratada con silano, o se aplica un tratamiento de silano por encima del recubrimiento de alcohol polivinílico.

8. Envase, según las reivindicaciones 1-6, en el que se utiliza un alcohol polivinílico modificado con silano.

9. Envase, según las reivindicaciones 1-8, en el que se aplica un recubrimiento adicional, tal como un recubrimiento de polietileno, por encima del recubrimiento de alcohol polivinílico, opcionalmente, también por encima de dicha etiqueta.

10. Envase, según las reivindicaciones 1-9, en el que el alcohol polivinílico tiene un peso molecular de 10.000 a 500.000.

11. Envase, según las reivindicaciones 1-10, en el que el alcohol polivinílico se define por un grado de hidrólisis de más de un 87%, preferiblemente de más de un 99%.

12. Envase, según las reivindicaciones 1-11, en el que la cantidad de recubrimiento de alcohol polivinílico se encuentra entre 0,2 y 2 mg/dm^{2}.

13. Envase, según las reivindicaciones 1-12, en el que la cantidad de recubrimiento de alcohol polivinílico es tal, que la superficie tiene un ángulo de deslizamiento de 14 a 25º.

14. Proceso para proporcionar un envase de vidrio recubierto y/o etiquetado, que comprende proporcionar un envase de vidrio, aplicar un prerrecubrimiento de alcohol polivinílico sobre el envase de vidrio mediante el tratamiento de la superficie de dicho envase de vidrio con una solución acuosa del alcohol polivinílico, secar el prerrecubrimiento y aplicar una etiqueta y/o un recubrimiento adicional por encima del primer recubrimiento, que se caracteriza porque dicho prerrecubrimiento se encuentra en una cantidad de hasta 2 mg/dm^{2}.

15. Proceso, según la reivindicación 14, en el que la cantidad de recubrimiento de alcohol polivinílico se encuentra entre 0,2 y 2 mg/dm^{2}.

16. Proceso, según la reivindicación 14 ó 15, en el que la solución acuosa contiene entre un 0,1 y un 10% en peso, preferiblemente entre un 0,25 y un 5% en peso de alcohol polivinílico.

17. Proceso, según las reivindicaciones 14-16, en el que la solución acuosa se aplica mediante pulverización, inmersión o recubrimiento de rodillo.

18. Proceso, según las reivindicaciones 14-17, en el que el prerrecubrimiento se aplica a una temperatura de entre 150 y 250ºF, preferiblemente entre 170 y 190ºF.

19. Proceso, según las reivindicaciones 14-18, en el que el prerrecubrimiento se aplica sobre la superficie de vidrio tratado con silano o se aplica un tratamiento de silano sobre el recubrimiento.

20. Proceso, según las reivindicaciones 14-19, en el que por encima del prerrecubrimiento se aplica una etiqueta basada en una película polimérica que lleva gráficos de etiquetado o en un sistema de transferencia de imágenes de sólo tinta.

21. Proceso, según las reivindicaciones 14-20, en el que se aplica un recubrimiento de polietileno adicional.

22. Proceso, según las reivindicaciones 14-20, en el que por encima de dicho prerrecubrimiento de alcohol polivinílico se aplica un recubrimiento adicional, que es duradero, altamente resistente al impacto y que mejora la apariencia del envase de vidrio.

23. Proceso, según la reivindicación 22, en el que dicho recubrimiento se selecciona del grupo de acrílicos, uretanos, acrílicos-uretanos y epoxis curables.

24. Proceso, según las reivindicaciones 14-23, en el que dicho recubrimiento de alcohol polivinílico se aplica sobre vidrio no recubierto.

25. Utilización de un alcohol polivinílico en una cantidad de hasta 2 mg/dm^{2} para mejorar la adhesión de los recubrimientos sobre el vidrio.