ES2329236T3 - Laminado con efecto barrera para el envasado de bebidas. - Google Patents
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Abstract
Un material laminado para confección de envases compuesto por a) un substrato de cartón, presentando una superficie interior y una superficie exterior; b) una capa exterior de polímero de poliolefina térmicamente sellable aplicada sobre la mencionada superficie exterior y el mencionado substrato de cartón; c) una capa de poliamida aplicada sobre la mencionada superficie exterior del mencionado substrato de cartón; d) una capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida; e) una capa pelicular soplada, comprendiendo una primera capa exterior de un polímero poliolefínico, una primera capa de unión, una primera capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una segunda capa de unión, una segunda capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una tercera capa de unión y una segunda capa final de poliolefina, aplicando la mencionada capa pelicular soplada sobre la superficie interior de la mencionada capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida; f) y una capa en la parte mas interior de poliolefina aplicada sobre la mencionada capa final de poliolefina de la mencionada capa pelicular.
Description
Laminado con efecto barrera para el envasado de
bebidas.
Esta solicitud reivindica la prioridad de la
solicitud de patente nº de serie 60/376875 registrada el 2 de mayo
de 2002.
La presente invención hace referencia a los
laminados de cartón, y mas concretamente a los laminados de cartón
sin hoja de aluminio empleados en la confección de recipientes para
productos tales como las bebidas alcohólicas, entre las que se
incluyen los vinos, el sake y similares, así como otras bebidas en
donde el laminado presenta unas buenas carac-
terísticas de barrera frente al oxígeno así como la capacidad de proteger los productos contra los efectos de la humedad.
terísticas de barrera frente al oxígeno así como la capacidad de proteger los productos contra los efectos de la humedad.
En Asia las bebidas alcohólicas tales como el
vino, el sake y similares, se envasan empleando una amplia variedad
de materiales, incluyendo los recipientes a base de cartón. Para
proteger el producto del oxigeno y del eventual deterioro, la
configuración del recipiente consiste generalmente en una estructura
multicapa, que comprende: hoja de aluminio, tereftalato de
polietileno, tereftalato de polietileno metalizado, o bien una
combinación como mínimo de dos de estas en una estructura
multicapa. La hoja de aluminio ha demostrado ser la mejor barrera
contra el oxígeno, si bien resul-
ta relativamente cara y difícil de transformar en una estructura como el cartón sin resquebrajarse ni dar lugar a punturas.
ta relativamente cara y difícil de transformar en una estructura como el cartón sin resquebrajarse ni dar lugar a punturas.
Un material laminado para envasado se ha dado a
conocer por los documentos WO 00/76862, WO 97/15436, WO 97/11838,
US-A-6 149 993, US
-81-6 346 332 y
US-A-4983 431.
El objeto de la presente invención consiste en
producir y perfeccionar un material térmicamente sellable para el
envasado de bebidas alcohólicas como vino o sake, o bien otros
envases de cartón para bebidas alcohólicas, que no permitan la
transmisión de oxígeno y humedades ni si quiera la humedad
atmosférica, ofreciendo una estructura con un buen sellado térmico,
para una duración de producto envasado de seis meses o superior.
los objetivos arriba indicado se consiguen
mediante la presente invención que se concentra en una estructura
compuesta, exenta de hoja de aluminio (foil) que proporciona una
considerable barrera al oxígeno, humedades y humedad atmosférica y
que puede sellarse muy fácilmente. La forma de realización
preferente se compone, desde la superficie exterior a la superficie
interior, en contacto con el contenido del recipiente, de: una
primera capa de poliolefina aplicada sobre la superficie exterior y
el substrato de cartón, una capa de poliamida aplicada sobre la
cara interior del substrato de cartón, una película laminada sobre
la capa de poliamida, mediante una resina apropiada, y una segunda
capa de poliolefina mas hacia el interior aplicada a la película
que estará en contacto con el contenido del recipiente. La película
preferente consiste en una primera capa de poliolefina, una capa de
unión, una primera capa interior de copolímero alcohol vinílico
etileno, una segunda capa de unión, una segunda capa interior de
copolímero de alcohol vinílico etileno, una tercera capa de unión y
una segunda capa de poliolefina.
Las cantidades relativas de cada material y sus
respectivas estructuras se relacionan a modo de gamas de pesos de
revestimiento por unidad de superficie en g/m^{2} - libras por
3000 pies cuadrados (lb/3msf). La materia base consiste en cartón
blanqueado con un peso base de 163-489 g/m^{2}
(100-300 lb/3msf).
La estructura A contiene un substratote cartón
(2) 81.53-136.2 kg (100-300
lbs.)sobre el que se aplica por un lado un recubrimiento por
extrusión del polímero poliolefínico 1, tal como un polietileno de
baja densidad con una dosis de aplicación de
3,63-9,08 kg (8-20 lbs)y
preferentemente unos 5,45 kg (12 lbs) para proporcionar la
superficie exterior del laminado. La capa 1 es la capa exterior
"brillante". Se prefiere que el polímero poliolefínico sea
polietileno, y aún todavía dando preferencia al polietileno de baja
densidad. Uno de los polietilenos de baja densidad preferidos que
puede emplearse en la capa 1 es Tenite 1924P distribuido por
Voridian, Kingsport, TN y Chevron 4517 distribuido por Chevron
Phillips Chemical Co., Houston, TX.
En el interior del substrato (2), se aplica una
capa de poliamida (3) de 0.91-4,54 kg
(2-10 lbs). La capa de polímero de poliamida puede
ser, aunque sin que ello suponga una limitación, nylon 6, nylon 66,
nylon 10, nylon 12, nylons amorfos, MXD.6, nanocompuestos de nylon
y otras poliamidas idóneas. Un material de nylon 6 apropiado es el
Honeywell B73QP (Morristown,NJ). Sobre la cara interior de la capa
(3) se aplica una capa de unión (4) con 2,27.9,08 kg
(5-20 lbs)preferentemente basada, aunque sin
carácter restrictivo, en copolímeros modificados de etileno con
grupos funcionales de anhídrido maléico, tales como PLexar 5125,
marca registrada producida por MSI Technologies. La capa de
poliamida (3) y la capa de unión (4) se emplean para laminar la
película (5) con el material base (2). El peso del revestimiento de
la película (5) es aproximadamente de 22,7-31,78 kg
(50-70 lbs). Aquí se aplica en el lado inferior de
la capa pelicular (5), una capa de poliolefina (6) siendo
preferentemente un polietileno ya sea de baja densidad o bien
metaloceno.
La estructura B es preferentemente una película
soplada formada por múltiples capas de copolímero de alcohol
vinílico etileno como barrera contra el paso del oxígeno. El
laminado pelicular es preferible que se aplique por coextrusión
para permitir que la producción de toda la estructura se realice en
un único paso operativo y para proporcionar propiedades físicas
perfeccionadas en la película, tales como mejor resistencia al
rasgado, superior rigidez y resistencia al reventado. Un proveedor
preferido de este tipo de películas es Flex Tach
(Cincinnati,OH).
El copolímero de alcohol vinílico etileno (EVOH)
de las capas (30) y (50) se utiliza como material para la primera
barrera contra el oxígeno en la estructura laminar. Para ello pueden
emplearse materiales EVOH desde 25 a 48 mol % de etileno.
Tratándose de un peso de revestimiento comparable, EVOH proporciona
una barrera superior contra el oxígeno que el tereftalato de
polietileno (PET). Un proveedor preferente de EVOH es Soarus LLP
(Arlington Heights, lL).
Las capas de poliolefina (10) y (70)
proporcionan la resistencia a la humedad para las capas EVOH (30) y
(50) y la resistencia mecánica a la película. Las capas (20), (40)
y (60) se basan preferentemente, si bien no exclusivamente, en
copolímeros a base de etileno modificados con grupos funcionales de
ácido maléico. Una forma de realización preferida de la presente
invención incluye el empleo de una resina de unión a base de
polietileno de alta densidad, en la capa (40) para aumentar la
resistencia a la humedad.
En la estructura A del laminado en general, las
capas poliolefínicas inicial y final se emplean como capas
impermeables para retener el producto líquido y proteger a los
polímeros interiores y al material base de cartón de la humedad.
Estas capas poliolefínicas también aportan la estanqueidad térmica
al laminado y al cartón y calafatean cualquier agujero o canal que
pudiera existir en los múltiples pliegues. Las capas adicionales
poliolefínicas proporcionan resistencia añadida a la humedad y
resistencia mecánica en el interior de la estructura multicapa. La
capa de poliamida se extrusiona sobre el cartón blanqueado,
básicamente para mejorar la resistencia térmica, la resistencia
mecánica y la duración. Las resinas de unión se emplean para
promocionar la adhesión entre dos polímeros que normalmente no
podrían pegar entre sí. La frescura del producto puede prolongarse
disminuyendo la velocidad de penetración dentro del envase. El
copolímero de alcohol vinílico etileno se emplea como material
barrera contra el paso del oxigeno. La presente invención utiliza un
material copolimérico de alcohol vinílico etileno (EVOH) que
contiene 29 moles% de etileno. Aplicando un peso de revestimiento
comparable, EVOH ofrece un efecto barrera superior frente al
oxigeno que el PET (tereftalato de polietileno).
En otra forma de realización de la presente
invención, la capa o capas de EVOH pueden contener materiales EVOH
secuestradores de oxigeno, nanocompuestos EVOH, o mezclas de EVOH
con poliolefinas, tales como el polietileno de baja densidad, las
poliamidas o el tereftalato de polietileno. Las resinas base EVOH
que contienen del 25 al 48 moles% pueden emplearse en cualquiera de
estas formas de realización.
Las capas inicial y final de poliolefina son
preferentemente de polietileno de baja densidad, si bien puede
reemplazarse por polietileno lineal de baja densidad (LLDPE),
polietileno metaloceno de baja densidad, o mezclas de estos con
otros materiales para mejorar las características de sellado.
La presente invención proporciona un envase
apropiado que ofrece excelentes propiedades barrera utilizando un
laminado que puede ser térmicamente sellado de forma fiable. Los
laminados no solo exhiben destacables propiedades barrera durante
todo el tiempo de envasado de una bebida (vino, sake o similar) sino
que se pueden confeccionar empleando los equipos de producción
convencionales.
Las formas de realización de la presente
invención se han estructurado del siguiente modo:
La capa de poliolefina (1) se recubre por
extrusión encima del substrato (2). La capa de poliolefina (6) se
aplica luego sobre la película (5) resultando la estructura A.
Aunque este es un método para confeccionar la estructura A, pueden
emplearse otros métodos distintos para elaborar la misma estructura
final.
El laminado en todo su conjunto ahora puede ser
térmicamente sellado desde la parte anterior a la posterior,
(poliolefina con poliolefina), a temperaturas convencionales de
121,1-260ºC (250ºF-hasta 500ºF). El
laminado recién formado puede emplearse en la fabricación de
recipientes para bebidas alcohólicas o para el envasado de otros
productos líquidos, en forma, por ejemplo de envases, recipientes
plegables cuadrados o rectangulares, bolsas, vasos o incluso tubos
cilíndricos.
El extraordinario efecto barrera y las
propiedades físicas proporcionadas por la presente invención pueden
apreciarse en los siguientes ejemplos.
Se evaluaron cuatro estructuras
(C1-C4) para determinar sus características barrera
y físicas con relación a la estructura A. Estas estructuras con sus
pesos de revestimiento en g/m^{2} (lb/3msf) específicos de las
series a ensayar se relacionan en la tabla 1.
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La estructura A corresponde a un ejemplo de la
presente invención según se describió anteriormente. Las estructuras
C1-C4 son estructuras de control. C 1 se basa en
una hoja con un grueso revestimiento de LDPE y LLDPE para
proporcionar una resistencia adicional al rasgado y al sellado. C2
comprende un revestimiento de peso muy elevado de LDPE. C 4 es
similar a las estructuras que se distribuyen comercialmente para la
confección de envases para líquidos. Finalmente, C 3 es una
modificación de C 4 con una pesada capa de LDPE y LLDPE para
determinar si se mejora la resistencia del sellado.
Las velocidades de transmisión del vapor de agua
(WVTR) y oxigeno (OTR) correspondiente a las cinco estructuras se
relacionan en la tabla 3. El ensayo de WVTR se realizó a 38ºC y 90%
de humedad relativa (RH). Los valores OTR se determinaron a 23ºC
/50% RH y a 23ºC/75% RH.
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Con respecto a WVTR, C1 se comporto
considerablemente mejor que las otras estructuras. De las cuatro
estructuras sin hoja, A presentó la velocidad mas baja de
transmisión de vapor. C2, C3 y C4 ofrecieron un comportamiento
relativamente similar. Esto resulta algo sorprendente considerando
que C2 y C3 presentan pesos de capa de LDPE considerablemente
superiores que C4. El LDPE tiene la consideración general de ofrecer
una excelente barrera contra el vapor de agua, en tanto que unos
pesos superiores de revestimiento tendrían como consecuencia una
menor velocidad de transmisión.
En cuanto a la atenuación de la velocidad de
transmisión del oxigeno, C1 presento la mejor actuación en ambos
grupos de condiciones medioambientales. Al 50% RH, la estructura A,
C3 y C4 ofrecieron velocidades de transmisión ligeramente
superiores que C1. C2 no contiene ningún material con efecto barrera
de oxigeno, de ahí que diese un resultado muy pobre en estas
determinaciones.
A 75% RH, los valores OTR se incrementaron para
las cinco estructuras. Como se esperaba, la estructura con hoja, C1
experimento el menor incremento: las tres estructuras multicapa
tuvieron un comportamiento similar. La estructura C2 continuo
comportándose muy pobremente en lo que respecta a ofrecer una
barrera contra el paso del oxigeno.
Las determinaciones físicas de las estructuras A
y C2 se relacionan en la tabla 4. Los resultados comparativos son
correctos dado que los pesos base del cartón y los pesos de los
recubrimientos poliméricos en cada estructura son los mismos. En
donde era necesario, las determinaciones se efectuaron en dirección
de la máquina (MD) o en dirección transversal (CD).
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(Tabla pasa a página
siguente)
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Se han observado ligeras mejorías en la
resistencia al reventado en húmedo (Mullen), Rigidez (Taber), y
resistencia atracción al reemplazar el LDPE por la película
laminada soplada.
Así mismo se observaron considerables aumentos
en la resistencia al desgarre con incrementos de 52,2 g (MD) y
159,1 g (CD). Esto puede atribuirse a las diferencias de rigidez de
los polímeros en A y C2 así como a la orientación biaxial de la
película soplada.
Después de humedecer las muestras, el cartón se
debilito hasta el punto que las propiedades al desgarro de los
polímeros empezaron a dominar. En el caso de C2,la resistencia al
desgarro MD y CD se incremento a 160,2 g y 266,8 g,
respectivamente. Para la estructura A, la resistencia al desgarro MD
y CD incremento hasta 333,1 g y 537,6 g respectivamente. Estas
contribuciones derivadas de los materiales poliméricos sirven para
evitar la rotura del envase para líquidos en estado mojado o bajo
condiciones extremas de humedad.
Se encontró así mismo una diferencia dramática
entre A y C2 en mojado. El margen de diferencia en la MD se
incremento de 52,2 a 225,1 g. La resistencia al desgarro CD se
incremento de 159,1 a 429,9 g. Para diseñar envases que contienen
muchos pliegues con ángulos agudos, la estructura A proporcionará
una resistencia adicional al rasgado y a la rotura del envase. Esto
se cumple así mismo en cuanto un incremento de resistencia bajo
condiciones de caída por la manipulación durante el transporte y
hasta llegar al consumidor.
La resistencia al sellado de las cinco
estructuras se relaciona en la tabla 5
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Comparativamente con C4, se ofrece una
resistencia al sellado adicional ya sea por el incremento del peso
del recubrimiento de la capa sellante como por la presencia de LLDPE
en C1 y en C3. Esto no fue posible aplicarlo a C2. La calidad del
sellado ha mejorado también al mejorar la resistencia térmica de la
estructura general dado que la estructura A, C1, C3 y C4 absorberán
mas calor y lo soportarán durante mas tiempo que C2
Claims (10)
1. Un material laminado para confección de
envases compuesto por
- a)
- un substrato de cartón, presentando una superficie interior y una superficie exterior;
- b)
- una capa exterior de polímero de poliolefina térmicamente sellable aplicada sobre la mencionada superficie exterior y el mencionado substrato de cartón;
- c)
- una capa de poliamida aplicada sobre la mencionada superficie exterior del mencionado substrato de cartón;
- d)
- una capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida;
- e)
- una capa pelicular soplada, comprendiendo una primera capa exterior de un polímero poliolefínico, una primera capa de unión, una primera capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una segunda capa de unión, una segunda capa de copolímero de alcohol vinílico etileno, una tercera capa de unión y una segunda capa final de poliolefina, aplicando la mencionada capa pelicular soplada sobre la superficie interior de la mencionada capa de unión aplicada sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida;
- f)
- y una capa en la parte mas interior de poliolefina aplicada sobre la mencionada capa final de poliolefina de la mencionada capa pelicular.
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2. Un material laminado para la confección de
envases según la reivindicación 1, en donde cada una de las
mencionadas capas de unión contienen un copolímero de etileno
modificado con grupos funcionales de anhídrido maléico.
3. Un material laminado para la confección de
envases según la reivindicación 1, en donde una de las mencionadas
capas de copolímero de alcohol vinílico etileno (EVOH),contiene un
miembro seleccionado del grupo consistente en EVOH secuestrador de
oxigeno, nanocompuestos de EVOH, o mezclas de EVOH con poliolefinas
tales como, polietileno de baja densidad, poliamidas o tereftalatos
de polietileno.
4. Un material laminado según la reivindicación
1, en donde el mencionado copolímero de alcohol vinílico etileno
contiene de 25 a 48 moles% de etileno.
5. Un material laminado para la confección de
envases según la reivindicación 1, en donde:
- a)
- un mencionado substrato de cartón que tiene un peso base de 163-489 g/m^{2} (100-300 lbs/3msf);
- b)
- la mencionada capa exterior de polimero de poliolefina térmicamente sellable presenta un peso de recubrimiento de 13,04-32,6 g/m^{2} (8-20 lbs/3msf);
- c)
- la mencionada capa de poliamida tiene un peso re revestimiento de 3,26-16,3 g/m^{2} (2-10 lbs/3msf);
- d)
- la mencionada capa tiene un peso de recubrimiento de 8,95-32,60 g/m^{2} (5-20 lbs/3msf);
- e)
- la mencionada capa pelicular soplada consta de una primera capa poliolefínica de 8,15-32,60 g/m^{2} (5-20 lbs/3msf), una primera capa de unión de 4,89-8,15 g/m^{2} (3-5 lbs/3msf),una primera capa de copolímero de alcohol vinílico etileno de 3,26-8,15 g/m^{2} (2-5 lbs/3msf),una segunda capa de unión de 4,89-32,6 g/m^{2} (3-20 lbs/3msf), una segunda capa de copolímero de alcohol vinílico etileno en una cantidad dosificada de 3,26-8,15 g/m^{2} (2-5 lbs/3msf), una tercera capa de unión en una cantidad de 4,89-8,15 g/m^{2} (3-5 lbs/3msf) y una segunda y última capa de poliolefina en una cantidad de 8,15-32,6 g/m^{2} (6-20 lbs/3msf);
- f)
- la capa mas interior mencionada, de poliolefina presenta un peso de revestimiento de 8,15-24,45 g/m^{2} (5-15 lbs/3msf).
\vskip1.000000\baselineskip
6. Un recipiente para bebidas alcohólicas, que
se ha confeccionado a partir de un laminado como el de la
reivindicación 1.
7. Un recipiente para bebidas alcohólicas, que
se ha confeccionado a partir de un laminado como el de la
reivindicación 3.
8. Un recipiente para bebidas alcohólicas, que
se ha confeccionado a partir de un laminado como el de la
reivindicación 5.
9. Una estructura laminada barrera contra el
paso de la humedad y el oxigeno, sin recubrir, para la confección
de un recipiente impermeable al oxigeno y a la humedad construida
con un laminado como el de la reivindicación 1.
10. Un procedimiento para mejorar las
propiedades barrera contra el paso del oxigeno y la humedad de un
laminado que consta de los siguientes pasos:
- a)
- aplicación de una capa exterior de poliolefina sobre la superficie exterior de un substrato de cartón,
- b)
- aplicación de una capa de poliamida sobre la superficie interior de un substrato de cartón.
- c)
- aplicación de una capa de unión sobre la superficie interior de la mencionada capa de poliamida,
- d)
- aplicación de una capa laminar soplada que consta de una primera capa polimérica de poliolefina, una primera capa de unión, una primera capa interior de EVOH, una segunda capa de unión, una segunda capa interior de EVOH, una tercera capa de unión, una segunda capa interior de polímero de poliolefina, y
- e)
- aplicación de una capa poliolefínica sobre la últimamente mencionada capa de poliolefina de la mencionada capa pelicular, cuya capa poliolefínica comprende la capa situada mas interiormente y en contacto con la bebida.
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