ES2904824T3

ES2904824T3 - Método de fabricación de un material de fibra celulósica formado con espuma, una lámina de alto volumen específico y un material de envasado laminado que comprende el material de fibra celulósica

Info

Publication number: ES2904824T3
Application number: ES17781138T
Authority: ES
Inventors: Mats Alden; Cristian Neagu; Erkki Saharinen; Jaakko Asikainen
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2022-04-06
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: WO2018171913A1; JP7239483B2; BR112019019721B1; US20200318292A1; PL3601673T3; EP3601673A1; CN110462134A; US11692313B2; JP2020512489A; BR112019019721A2; CA3056980A1; EP3601673B1

Abstract

Método de fabricación de un material de fibra celulósica formado con espuma, que comprende las etapas de: (a) proporcionar una espuma acuosa que comprende un gas dispersado como burbujas en una fase acuosa, en el que dicha fase acuosa comprende un tensioactivo; (b) añadir fibras de celulosa a la espuma acuosa, formando de esta manera una composición de espuma fibrosa, en la que las fibras de celulosa se añaden como - fibras celulósicas gruesas, seleccionadas de entre el grupo que consiste en fibras de pulpa mecánicas, químico- mecánicas, termomecánicas, quimiotermomecánica (CTMP) y fibras de pulpa químicas semiquímicas al sulfito neutro (NSSC), en una cantidad del 85% al 97%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa, en el que las fibras celulósicas gruesas tienen un valor de valor de Norma Canadiense de Drenabilidad de 400-750 ml; y - una fracción de refuerzo de celulosa en una cantidad del 3% al 15%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa, en el que la fracción de refuerzo de celulosa es un componente de fibra altamente refinado seleccionado de entre pulpa química altamente refinada que tiene un intervalo SR mayor de 80° SR y pulpa quimiotermomecánica altamente refinada (hrCTMP) que tiene un CSF menor de 70 ml; (c) distribuir la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde; (d) reducir la cantidad de agua en la composición de espuma fibrosa distribuida para obtener el material de fibra celulósica formado con espuma en su forma final.

Description

DESCRIPCIÓN

Método de fabricación de un material de fibra celulósica formado con espuma, una lámina de alto volumen específico y un material de envasado laminado que comprende el material de fibra celulósica

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de fabricación de un nuevo material de fibra celulósica formado con espuma. La invención se refiere también a un nuevo material de fibra celulósica formado con espuma, así como a una lámina de alto volumen específico y a un material de envasado laminado que comprende el material de fibra celulósica formado con espuma.

Técnica antecedente

Los recipientes de envasado del tipo desechable de un solo uso para alimentos líquidos se producen frecuentemente a partir de un laminado de envasado basado en cartoncillo o cartón. Un recipiente de envasado de este tipo muy común se comercializa bajo la marca comercial Tetra Brik Aseptic® y se emplea principalmente para el envasado aséptico de alimentos líquidos, tales como leche, zumos de frutas, etc., que se venden para su almacenamiento a largo plazo a temperatura ambiente. El material de envasado en este recipiente de envasado conocido es típicamente un laminado que comprende una capa de alto volumen específico de papel o cartón y capas exteriores herméticas a los líquidos realizadas en termoplásticos. Con el fin de convertir el recipiente de envasado en hermético a los gases, en particular hermético al oxígeno, por ejemplo, con el fin de un envasado aséptico y el envasado de leche o zumo de frutas, el laminado en estos recipientes de envasado comprende normalmente al menos una capa adicional, más comúnmente, una lámina de aluminio.

En el interior del laminado, es decir, el lado destinado a estar orientado hacia el contenido alimenticio de un recipiente producido a partir del laminado, hay una capa más interior, aplicada sobre la lámina de aluminio, cuya capa interior más interior puede estar compuesta por una o varias capas parciales, que comprenden polímeros termoplásticos termosellables, tales como polímeros adhesivos y/o poliolefinas. También en el exterior de la capa de alto volumen específico, hay una capa de polímero termosellable más exterior.

Los recipientes de envasado se producen generalmente mediante modernas máquinas de envasado de alta velocidad del tipo que forman, llenan y sellan los envases a partir de una banda o a partir de piezas en bruto prefabricadas de material de envasado. De esta manera, los recipientes de envasado pueden producirse reformando una banda del material de envasado laminado en un tubo al unir entre sí ambos bordes longitudinales de la banda en una unión solapada soldando entre sí las capas de polímero termoplástico termosellables más interior y más exterior. El tubo se llena con el producto alimenticio líquido deseado y, a continuación, se divide en envases individuales mediante sellados transversales repetidos del tubo a una distancia predeterminada unos de otros debajo del nivel del contenido en el tubo. Los envases se separan del tubo mediante incisiones a lo largo de los sellos transversales y se les proporciona la configuración geométrica deseada, normalmente paralelepipédica o cuboidal, mediante la formación de pliegues a lo largo de líneas de pliegue preparadas en el material de envasado.

La principal ventaja de este concepto de método de envasado de formación de tubo continuo, llenado y sellado es que la banda puede esterilizarse de manera continua justo antes de la formación del tubo, proporcionando de esta manera la posibilidad de un método de envasado aséptico, es decir, un método en el que se eliminan bacterias del contenido líquido a llenar y del propio material de envasado y el recipiente de envasado lleno se produce bajo condiciones limpias de manera que el envase lleno pueda almacenarse durante un tiempo prolongado incluso a temperatura ambiente, sin riesgo de crecimiento de microorganismos en el producto llenado. Otra ventaja importante del método de envasado de tipo Tetra Brik® es, tal como se ha indicado anteriormente, la posibilidad de un envasado continuo de alta velocidad, lo que tiene un impacto considerable sobre la rentabilidad.

Los recipientes de envasado para alimentos líquidos sensibles, por ejemplo, leche o zumo, pueden producirse también a partir de piezas en bruto similares a láminas o piezas en bruto prefabricadas de un material de envasado laminado. A partir de una pieza en bruto tubular de un laminado de envasado plegada en plano, los envases se producen construyendo en primer lugar la pieza en bruto para formar una cápsula de recipiente tubular abierta, un extremo abierto de la cual se cierra mediante el plegado y el termosellado de los paneles de extremo. La cápsula de recipiente cerrada de esta manera se llena con el producto alimenticio en cuestión, por ejemplo, zumo, a través de su extremo abierto, que se cierra, a continuación, por medio de un plegado y un termosellado adicionales de los correspondientes paneles de extremo integrales. Un ejemplo de un recipiente de envasado producido a partir de piezas en bruto similares a láminas y tubulares es el denominado envase de tipo “gable-top” convencional. Hay también envases de este tipo que tienen una parte superior moldeada y/o un tapón de rosca realizado en plástico.

La capa de una lámina de aluminio en el laminado de envasado proporciona propiedades de barrera contra los gases bastante superiores a la mayoría de los materiales poliméricos de barrera contra los gases. El laminado de envasado basado en lámina de aluminio convencional para el envasado aséptico de alimentos líquidos es todavía el material de envasado más rentable, en su nivel de rendimiento, disponible en el mercado en la actualidad.

Los costes del material de envasado actual pueden reducirse adicionalmente reduciendo el espesor de las capas de polímero o intentando reemplazar la barrera de lámina de aluminio por una o más capas de barrera diferentes.

Una forma de ahorrar costes, que hasta ahora no se ha considerado práctica en el campo del envasado de cartón para líquidos, podría ser reduciendo el tipo y/o la cantidad de material de fibra de celulosa en la capa de alto volumen específico basada en celulosa. Normalmente, esto conduciría a poner en peligro las importantes propiedades de resistencia mecánica e integridad del envase, así como las propiedades de barrera del material, y de esta manera anteriormente se ha considerado como una forma de avance menos favorable. El cartón es un componente principal del material de envasado de cartón para líquidos, sin embargo, representa también una parte importante de los costes totales del material de envasado.

En una solicitud de patente internacional publicada N° WO2015/181281 presentada por el presente solicitante, un material de baja densidad de celulosa fibrosa se incorporó a un material de envasado laminado con propósitos de envasado similares a los descritos anteriormente. Se observó que dicho material proporcionaba los criterios necesarios de una capa de alto volumen específico para materiales tipo sándwich laminados, incluyendo una resistencia suficiente a la delaminación del material, tal como se determina mediante el dispositivo de ensayo Huygen Internal Bonding Energy según TAPPI T569.

La publicación de patente N° GB1397308 se refiere a un método para la fabricación de material fibroso no tejido adecuado para la sustitución de telas textiles. Típicamente, dichos procesos no tejidos han implicado la adición de un látex de material sintético, tal como látex acrílico, como un sistema aglutinante a las fibras a ser extendidas. Este método pretende evitar dichos materiales y, por el contrario, recomienda usar solo fibras de madera batida como el sistema aglutinante para la producción del material no tejido. Las propiedades requeridas del material no tejido son suavidad y "caída". En el Ejemplo 1 se establece que "las fibras no batidas usadas para el material no tejido procedían de una pulpa de madera blanda kraft totalmente blanqueada...", es decir, procedían de pulpa química.

La publicación de patente N° US20150096700A1 se refiere a la formación de espuma o al revestimiento de espuma de una composición que comprende una celulosa microfibrilada (MFC) sobre un sustrato que es un alambre poroso de una máquina de papel o un papel. La composición puede comprender también un agente de encolado y un componente de pulpa de longitud de fibra más larga, tal como de pulpa CTMP. El propósito de añadir la MFC es mejorar la hidrofobicidad de la composición mediante encolado.

La publicación de patente N° US20130180680A1 se refiere a un papel o un cartón que comprende una pasta de papel que comprende un polímero catiónico, un polímero aniónico y celulosa microfibrilada (MFC) y fibras celulósicas y a un método de fabricación del mismo. No se refiere a papeles formados con espuma, sino a papeles tendidos en húmedo, mediante formación a partir de composiciones celulósicas en suspensión/líquidas. El contenido de MFC tiene como propósito la densificación.

La publicación de patente N° US20080023164A1 se refiere también al tendido en húmedo o a formación líquida de papel o cartón, usando polímeros en la pasta de papel para mejorar la resistencia a la delaminación de un papel. Se afirma que la mejora es la adición en dos etapas de dichos polímeros a la composición.

La publicación de patente N° EP1185736A1 se refiere al tendido en húmedo de composiciones acuosas para la fabricación de papel mediante la adición de un coadyuvante de retención de polioxietileno y un cofactor de resina aromática a la suspensión de fibras de pulpa, finos y aditivos.

La publicación de patente N° WO2015125083A1 se refiere a materiales aislantes formados con espuma para construcciones de edificios, mediante la unión entre sí de diversas capas espumadas.

Sin embargo, existe la necesidad de proporcionar propiedades mecánicas mejoradas adicionalmente a dichos materiales, en particular, resistencia a la delaminación, mientras que al mismo tiempo no se aumenta la densidad del material.

Un objeto de la invención es superar al menos parcialmente una o más de las limitaciones identificadas anteriormente de la técnica anterior. Un objeto adicional es proporcionar dicho material que tenga también una resistencia a la compresión mejorada en la dirección z, o una resistencia a la compresión, es decir, una deformación residual reducida.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto de la invención, el objeto anterior y otros objetos de la invención se consiguen, total o parcialmente, mediante un método según se define en la reivindicación 1. Según esta reivindicación, el objeto anterior se consigue mediante un método para la fabricación de un material de fibra celulósica formado con espuma que comprende las etapas de proporcionar una espuma acuosa que comprende un gas dispersado como burbujas en una fase acuosa, en el que dicha fase acuosa comprende un tensioactivo; añadir fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa, formando de esta manera una composición de espuma fibrosa, en la que las fibras de celulosa se añaden como fibras celulósicas gruesas y una fracción de refuerzo de celulosa; distribuir la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde; y reducir la cantidad de agua en la composición de espuma fibrosa distribuida para obtener el material de fibra celulósica formado con espuma en su forma final. En algunos casos, el material de fibra celulósica formado con espuma en su forma final se denomina plancha. En la industria del papel, normalmente se usan diferentes productos químicos, normalmente denominados agentes reforzantes o coadyuvantes. La expresión fracción de refuerzo de celulosa abarca coadyuvantes de refuerzo, basados en fibras de celulosa, tales como fibras de celulosa modificadas o fibras de celulosa refinadas. El material de fibra celulósica formado con espuma resultante tiene una densidad baja, típicamente menor de 450 kg/m3. Además, el material de fibra celulósica formado con espuma resultante tiene una resistencia a la delaminación relativamente elevada, típicamente de al menos 100 J/m2, preferiblemente al menos 140 J/m2 y más preferiblemente al menos 170 J/m2.

Las fibras celulósicas gruesas se añaden en una cantidad del 85% al 97% en peso de la cantidad total de fibras de celulosa. Las fibras celulósicas gruesas tienen un valor de Norma Canadiense de Drenabilidad (CSF) de 400-750 ml. Las fibras celulósicas gruesas pueden tener una longitud de fibra media (ponderada en longitud) de 1,3 a 2,6 mm. Las fibras celulósicas gruesas pueden tener un diámetro de fibra medio de 20 a 45 gm. Las fibras celulósicas gruesas pueden tener un contenido de finos menor del 30%. El término "gruesa" en "fibras celulósicas gruesas” debe entenderse como que las fibras de pulpa tienen paredes de fibra no colapsadas, intactas, de manera que son más rígidas y más largas que las fibras refinadas para reducir la drenabilidad o fibras a partir de las cuales se ha eliminado parcialmente la lignina mediante procesos químicos. De esta manera, las fibras gruesas son fibras con una pared de fibra que es suficientemente gruesa como para resistir las fuerzas aplicadas a las fibras durante los procesos de prensado y secado de la fabricación de papel/banda, causando si no que las fibras colapsen. Las pulpas químicas en las que se ha eliminado parcialmente la lignina tendrán una pared de fibra más débil (debido a la eliminación de la lignina) y se colapsarán durante el proceso de fabricación de papel (prensado y secado). Las fibras que todavía contienen una cantidad suficiente de lignina serán capaces de resistir las fuerzas del proceso y no colapsarán, a menos que hayan refinado de manera que las paredes de las fibras se hayan debilitado. En el material de fibra celulósica formado con espuma resultante, las fibras celulósicas gruesas funcionan como un componente que proporciona al material su estructura voluminosa. Las fibras celulósicas gruesas se seleccionan de entre el grupo que consiste en fibras de pulpa mecánicas, químico-mecánicas, termomecánicas, quimiotermo-mecánicas (CTMP) y semi-químicas al sulfito neutro (NSSC). Las fibras mecánicas, químico-mecánicas, termomecánicas, químico-termomecánicas o NSSC pueden seleccionarse de entre el grupo que consiste en madera triturada (GW), madera triturada en piedra (SGW), madera triturada a presión (PGW), pasta termomecánica (TMP), pulpa termomecánica de alta temperatura (HTMP), fibras de pulpa químico-mecánicas (CMP), fibras de pulpa CTMP o NSSC. Preferiblemente, las fibras celulósicas gruesas son fibras de pulpa quimiotermo-mecánicas CTMP. Las CTMP se añaden en una cantidad del 85% al 97%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa. La CTMP tiene un valor CSF de 400-750 ml. La CTMP puede tener una longitud de fibra media (longitud ponderada) de 1,3 a 2,6 mm. La CTMP puede tener un diámetro de fibra medio de 20 a 45 gm. La CTMP puede tener un contenido de finos menor del 30%. Según una realización, las CTMP se agregan en una cantidad de 85% a 97%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa, y tiene un valor CSF de 400-750 ml, una longitud de fibra media (longitud ponderada) de 1,3 a 2,6 mm, un diámetro de fibra medio de 20 a 45 gm y un contenido de finos menor del 30%.

La fracción de refuerzo de celulosa se añade en una cantidad del 3% al 15%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa. La fracción de refuerzo de celulosa es un componente de fibra altamente refinado, denominado también, y que es el mismo que, un componente de fibra altamente refinado. En el material de fibra celulósica formado con espuma resultante, la fracción de refuerzo de celulosa funciona como un refuerzo que facilita la unión de las fibras celulósicas en etapas subsiguientes del proceso de fabricación de papel y compensa la pérdida de resistencia causada por la estructura de baja densidad. Además, si se retiene bien, la fracción de refuerzo de celulosa aumenta los sitios de unión y la retención de almidón. La fracción de refuerzo de celulosa puede tener una longitud de fibra media de aproximadamente 0,4 a 0,8 mm, preferiblemente de 0,5-0,7 mm, más preferiblemente de 0,6-0,65 mm. La fracción de refuerzo de celulosa puede tener un diámetro de fibra medio de aproximadamente 20 a 30 gm. La fracción de refuerzo de celulosa puede tener un contenido de finos (definido como la fracción que pasa a través de alambre de malla 200) menor del 30%. La fracción de refuerzo de celulosa puede producirse, por ejemplo, con un refinador LC convencional (refinador de baja consistencia). La resistencia a la filtración de la fracción de refuerzo de celulosa medida con el método Schopper-Riegler puede ser mayor de 80 SR, tal como 85-95 SR. De esta manera, la fracción de refuerzo de celulosa tiene dimensiones más grandes que la NFC (celulosa nanofibrilada) o la MFC (celulosa microfibrilada), de entre las cuales esta última tiene una longitud de fibra media de 100 nm a 0,1 mm y un diámetro de fibra de 3 a 50 nm. La fracción de refuerzo de celulosa aumenta la resistencia de la red de fibras debido a que está altamente fibrilada y, por lo tanto, tiene una gran superficie específica y, por consiguiente, un elevado número de grupos hidroxilo que forman los enlaces de hidrógeno entre los componentes de la pasta de papel con fibra. Además, las fibras altamente refinadas siguen siendo partes de fibras y no se reducen a celulosa fibrilar, que son de un tamaño mucho más pequeño, es decir, en la escala micro y/o nanométrica. La expresión "celulosa fibrilar" no abarca "finos de celulosa". Los "finos" no son iguales a las "fibrillas". Las fibrillas tienen un tamaño significativamente más pequeño que los finos.

Las fibras celulósicas gruesas se añaden en una cantidad del 85-97% en peso de la cantidad total de fibras de celulosa y la fracción de refuerzo de celulosa se añade en una cantidad del 3-15% en peso de la cantidad total de fibras de celulosa.

La primera etapa en la producción de un material de fibra celulósica formado con espuma implica proporcionar una espuma que comprende fibras de celulosa. Dicha espuma puede producirse mezclando fibras de celulosa y un fluido espumante que comprende un líquido y un tensioactivo. El líquido puede ser agua. Típicamente, la cantidad de tensioactivo puede ser de 0,01 a 1.000 ppm (peso a peso), tal como de 0,01 a 100 ppm, tal como de 0,01 a 10 ppm, tal como de 0,05 a 10 ppm, tal como de 0,1 a 8 ppm.

Puede usarse un mezclador de rotor o un generador de espuma general para generar espuma que comprende fibras celulósicas. La espuma puede formarse generalmente introduciendo un gas en la mezcla. El aire es un ejemplo de gas apropiado. Otros gases adecuados son oxígeno y nitrógeno. El gas puede introducirse en la mezcla en forma de gas presurizado y mediante el vórtice causado por la agitación.

La composición de espuma fibrosa puede distribuirse en un molde y posteriormente puede deshidratarse y secarse para obtener una forma tridimensional final. De esta manera, debido a la fuerza de unión interna mejorada, es decir, la resistencia a la delaminación, es posible producir un artículo tridimensional moldeando la composición de espuma fibrosa acuosa sin la adición de grandes cantidades de aditivos o polímeros adicionales, para el propósito de fuerza de unión.

La etapa de reducir la cantidad de agua en la composición fibrosa distribuida puede incluir deshidratar y/o secar. El sustrato sobre el que se distribuye la composición de espuma fibrosa puede ser una forma de alambre o un alambre de formación. La distribución sobre una forma de alambre o un alambre de formación representa una manera de deshidratar la espuma fibrosa. Después de una deshidratación inicial sobre un alambre de formación, el material de fibra celulósica formado con espuma (la banda fibrosa) puede comprimirse mecánicamente, en uno o varios puntos de contacto de prensado en húmedo consecutivos. Posteriormente, el material de fibra celulósica formado con espuma deshidratado resultante (la red fibrosa) puede secarse, usando cualquier método de secado convencional, tal como secado en cilindro, secado por impacto o secado Condebelt, de manera alternativa equipado con secadores IR (infrarrojos), para obtener un contenido de humedad final comprendido entre el 0 y el 15% (peso/peso).

En comparación con la fabricación de papel tradicional, puede usarse de manera adecuada un secado adicional o modificado con el fin de conseguir la sequedad y la densidad deseadas.

Generalmente, las fibras de celulosa se proporcionan como una dispersión líquida que comprende fibras de celulosa (una dispersión de fibras). La concentración de las fibras de celulosa en la dispersión líquida que comprende fibras de celulosa puede ser del 0,1% al 10% (peso/peso). La dispersión líquida que comprende fibras de celulosa puede ser una dispersión acuosa que comprende fibras de celulosa.

La dispersión de fibras puede añadirse al fluido espumante una vez generada la espuma a partir del fluido (incluyendo el tensioactivo).

De manera alternativa, la dispersión líquida que comprende fibras celulósicas puede combinarse con el fluido espumante antes de la formación de espuma.

La cantidad total de fibras en la composición de espuma fibrosa puede ser de 0,1 a 10% en peso (peso/peso), tal como del 0,1 al 7% en peso, tal como del 0,1 al 5, tal como del 0,5 al 5, tal como del 0,5 al 4, tal como del 0,5 al 3% en peso en base a la composición de espuma húmeda total.

Si es necesario, puede añadirse un aditivo para controlar la consistencia de la espuma.

La fracción de refuerzo de celulosa es un componente de fibra altamente refinado seleccionado de entre pulpa química altamente refinada que tiene un intervalo de índice Schopper-Riegler (SR) mayor que 80 °SR, tal como 90 °SR, y pulpa quimiotermomecánica altamente refinada (hrCTMP) que tiene un valor CSF menor de 70 ml. La pulpa química altamente refinada puede tener un Índice de Schopper-Riegler (SR) de 90 °SR. Según una realización, la pulpa muy/altamente refinada puede ser una pulpa seleccionada de entre pulpa al sulfito o al sulfato (química), tal como se ha indicado anteriormente, y basada en madera dura o blanda, pulpa CTMP altamente refinada tal como se ha indicado anteriormente, o pulpa NSSC altamente refinada. La pulpa química altamente refinada puede ser pulpa al sulfito altamente refinada, pulpa de madera blanda altamente refinada, pulpa kraft (sulfato) altamente refinada o pulpa de madera dura altamente refinada (hrHW). En una realización, la pulpa de refuerzo altamente refinada es hrHW. La hrHW puede tener un Índice de Schopper-Riegler (SR) de 90 °SR. Una ventaja del uso de hrHW es que la pulpa de madera dura está disponible comercialmente. La hrCTMP puede tener un valor CSF menor de 70 ml. El uso de fibras hr tiene la ventaja de que aumenta el área unida y, por lo tanto, produce una mayor resistencia de la lámina.

El material de fibra celulósica formado con espuma de la invención puede comprender además cantidades de aditivos (tales como menores del 10% en peso) de otros materiales, tales como productos químicos o agentes de concentración, tales como almidón y derivados del mismo, o carboximetilcelulosa y derivados de la misma. Dichos aditivos pueden añadirse para influir sobre las propiedades del material de fibra celulósica formado con espuma resultante. Puede añadirse almidón catiónico con el fin de aumentar adicionalmente la resistencia de la lámina. El almidón catiónico puede añadirse a menos del 6% en peso de la composición de celulosa, preferiblemente del 0,5 al 5,5% en peso, tal como del 1 al 5% en peso, tal como del 1,5 al 4% en peso, tal como del 2 al 5% en peso.

Según otra realización, la fracción de refuerzo de celulosa se ha tratado con un agente de resistencia en seco catiónico. Dicho tratamiento aumenta el área unida en la red de fibras y, de esta manera, mejora la resistencia. El agente de resistencia en seco catiónico puede seleccionarse de entre el grupo que consiste en almidón catiónico (CS), poliacrilamida catiónica (CPAM) y poliacrilamida glioxalada (GPAM). Pueden usarse también otros agentes catiónicos respectivos, tales como poliaminoamida-epiclorhidrina (PAE). Preferiblemente, la fracción de refuerzo de celulosa se ha tratado con almidón catiónico como agente de resistencia en seco catiónico.

El tratamiento de la fracción de refuerzo de celulosa con un agente de resistencia catiónico puede haberse realizado antes de una etapa de mezclado de las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa.

De manera alternativa, en lugar de tratar la fracción de refuerzo de celulosa con un agente de resistencia en seco catiónico, toda la mezcla de fibras de celulosa puede tratarse con un agente de resistencia en seco catiónico.

Según una realización adicional, la fracción de refuerzo de celulosa se ha tratado con el método de multiestratificación de polielectrolitos (PEM), que resulta en tres capas de polímero, en las que una primera capa de polímero sobre la fracción de refuerzo de celulosa es un polímero catiónico, tal como almidón catiónico (CS); una segunda capa de polímero sobre la fracción de refuerzo de celulosa es un polímero aniónico, tal como carboximetilcelulosa (CMC), almidón aniónico (AS) y poliacrilamida aniónica (APAM); y en las que una tercera capa de polímero en la fracción de refuerzo de celulosa es un polímero catiónico, tal como almidón catiónico (CS). La estratificación puede continuarse hasta seis capas, o puede detenerse una vez completadas las dos primeras capas. El tratamiento de la fracción de refuerzo de celulosa con PEM tiene la ventaja de que puede absorberse una gran cantidad de polielectrolitos en las superficies del material de fibra con alta retención mediante la formación de una capa similar a un gel, relativamente gruesa, sobre la superficie de la fibra, permitiendo que las fibras se unan de manera eficiente durante el secado.

El tratamiento de la fracción de refuerzo de celulosa con el método de multiestratificación de polielectrolito (PEM) puede haberse realizado antes de la etapa de mezclado de las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa.

De manera alternativa, en lugar de tratar la fracción de refuerzo de celulosa con el método de multiestratificación de polielectrolitos (PEM), puede tratarse toda la mezcla de fibras de celulosa con el método de multiestratificación de polielectrolitos (PEM).

Según otra realización, el método comprende además la etapa de mezclar las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa; en la que la etapa de mezclado se realiza antes de la etapa de añadir fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa. Esto tiene la ventaja de que es un método eficaz para preparar una mezcla de fibras homogénea.

De manera alternativa, el método comprende además la etapa de mezclar las fibras celulósicas gruesas y el componente de fibras altamente refinadas para formar una mezcla de fibras de celulosa; en el que la etapa de mezclado se realiza antes de la etapa de adición de las fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa; y en el que toda la mezcla de fibras de celulosa se ha tratado después de la etapa de mezclado de las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa.

Según una realización adicional, el tensioactivo es dodecilsulfato de sodio (SDS) (denominado también laurilsulfato de sodio (SLS)) o lauriléter sulfato de sodio (SLES). La cantidad de tensioactivo puede ser de 0,05 a 10 g/l de líquido, tal como de 0,1 a 8 g/l de líquido.

Preferiblemente, el tensioactivo es dodecilsulfato de sodio (SDS).

Preferiblemente, la cantidad de SDS es de 0,05 a 10 g/l de líquido, tal como de 0,1 a 8 g/l de líquido.

El SDS es un tensioactivo aniónico, es decir, tiene una carga negativa en un entorno acuoso. Además, el SDS es un tensioactivo eficaz y económico y se usa ampliamente en numerosas aplicaciones seguras para la salud, tales como champús y pasta de dientes, que requieren un tensioactivo no tóxico. Además, el SDS es un agente espumante muy eficaz y, de esta manera, la concentración de SDS necesaria en la suspensión de pulpa para formar una espuma aceptable es baja. La concentración requerida de tensioactivos no iónicos es típicamente 10 veces mayor que la concentración requerida de SDS. Los tensioactivos catiónicos se adsorben en los sitios aniónicos de las fibras y, de esta manera, aumenta su concentración en la red, resultando en un producto que tiene un contenido de tensioactivo más elevado y una menor resistencia. Se conoce que la cantidad de alcohol polivinílico (PVA) requerida para formar espuma es mucho más alta en comparación con el SDS y, de esta manera, la cantidad de tensioactivo que sale del proceso de fabricación de planchas a la planta de purificación de agua será mucho más elevada con PVA. Además, la resistencia del producto cuando se usa PVA como agente espumante puede depender de la concentración del agente espumante, lo que puede presentar retos en el control de la calidad del producto si la formación de espuma se ajusta con PVA. Además, la concentración de PVA afecta también a las propiedades de resistencia del material resultante.

El SDS está cargado negativamente, lo que afecta a los productos químicos catiónicos del proceso, por ejemplo, CPAM (poliacrilamida catiónica) (químico de retención), almidón catiónico (agente de resistencia en seco) y AKD (dímero de alquilceteno) (agente de encolado) (dispersión estabilizada típicamente con polímeros catiónicos). Cada uno de estos problemas puede resolverse de manera independiente, tal como se describe en el presente documento.

Cuando se usa SDS como tensioactivo y el agente de resistencia en seco catiónico es almidón catiónico, podrían surgir algunos efectos no deseados para los aditivos catiónicos. En la burbuja de aire, la molécula de SDS aniónica está alineada de manera que el extremo aniónico (es decir, el extremo hidrófilo) esté situado hacia la fase acuosa y el extremo hidrófobo hacia la fase de aire. Por lo tanto, las burbujas de aire en la espuma tienen una gran superficie con una elevada carga superficial negativa. La superficie de la burbuja aniónica podría "competir" con las fibras por la adsorción de coadyuvantes de refuerzo catiónicos y polímeros de retención catiónicos. Además, probablemente, las burbujas de aire aniónicas podrían desprender los polímeros catiónicos que ya han sido adsorbidos en las superficies de las fibras, particularmente si existen fuerzas de cizallamiento elevadas en el proceso. Por lo tanto, los efectos perjudiciales dependen de los tiempos de retardo en la espuma, es decir, durante cuánto tiempo están presentes en la espuma los coadyuvantes de refuerzo catiónicos y los polímeros de retención catiónicos, es decir, interactuando con la espuma. Con el fin de superar este problema, el almidón catiónico puede añadirse a la pasta espesa (es decir, la dispersión de fibras o la mezcla de fibras de celulosa) antes de mezclar la espuma con la pasta espesa. Entonces, el SDS no altera la adsorción del almidón catiónico en las fibras. El tiempo de retardo en la espuma debería ser corto ya que se produce cierto grado de desorción en la espuma. La espuma de alta densidad (600 kg/m3 - 750 kg/m3) promueve la retención de almidón catiónico, en comparación con densidades de espuma más bajas. De manera alternativa, el almidón catiónico puede añadirse a la espuma a una densidad de espuma de 600 kg/m3 - 750 kg/m3. El sistema de retención y la manera de dosificación pueden ser tal como se describe a continuación. La retención de almidón puede incrementarse mediante una buena retención de sólidos con una dosis incrementada de CPAM y micropartículas como sustancias químicas de retención. En lugar de utilizar CPAM y micropartículas, puede emplearse un sistema de retención que consiste en ácido tánico (TA) y óxido de polietileno (PEO).

Según otra realización, el método comprende además la etapa de añadir un sistema de retención a la composición de espuma fibrosa obtenida en la etapa de adición de fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa. El sistema de retención puede comprender óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA). La adición de un sistema de retención tiene el efecto de que menos fibras y partículas abandonan el material durante la etapa de reducción de la cantidad de agua en el material, ya que se retienen en el material. Esto aumenta la calidad del material resultante: debido a que el material no retenido tiene pequeñas dimensiones y buena unión, su contribución a la unión es significativa. Además, se mejoran también la deshidratación y la retención de otros productos químicos, lo que resulta en ahorros en materia prima y en costes de producción.

En un sistema de retención de dos componentes, las adiciones se realizan preferiblemente en la tubería en dos puntos de inserción separados con un claro retardo de tiempo entre los puntos.

El sistema de retención puede comprender óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA). El óxido de polietileno (PEO) y el ácido tánico (TA) se añaden preferiblemente en cantidades menores de 450 g/t de sólidos secos. El óxido de polietileno (PEO) y el ácido tánico (TA) es un sistema de retención no iónico y, de esta manera, no se producen interacciones interferentes entre cargas opuestas en un agente espumante aniónico, tal como SDS, y el sistema de retención. Preferiblemente, el PEO tiene un peso molecular (MW) de 6X106 a 8X106.

De esta manera, cuando el tensioactivo es un tensioactivo aniónico, por ejemplo, SDS, el sistema de retención preferido es óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA). El óxido de polietileno (PEO) y el ácido tánico (TA) se añaden preferiblemente en cantidades menores de 450 g/t de sólidos secos.

En lugar de ácido tánico, puede usarse cualquier compuesto que contenga grupos fenólicos, por ejemplo, lignina kraft o resina de formaldehído.

De manera alternativa, el sistema de retención puede ser una combinación de poliacrilamida catiónica (CPAM) y micropartículas. Estas últimas pueden tener una carga electrostática negativa y un área superficial muy elevada. Las micropartículas pueden ser poliméricas o inorgánicas o una combinación de las mismas. Un ejemplo de micropartículas inorgánicas usadas es bentonita. Preferiblemente, la CPAM puede añadirse en una cantidad menor de 1.000 g/t de contenido de sólidos secos. Preferiblemente, las micropartículas se añaden en una cantidad menor de 1.000 g/t de contenido de sólidos secos. La adición de CPAM y micropartículas tiene la ventaja de que mejora la retención de sólidos. Cuando se usa SDS como agente espumante y CPAM y micropartículas como sistema de retención, la carga catiónica de la CPAM interactúa con el SDS formado con espuma y, de esta manera, ser reduce la eficacia del sistema de retención. Para superar este problema, puede alimentarse una mayor cantidad de CPAM (400 g/t - 1.000 g/t) en la línea de alimentación de la caja de entrada antes de la adición de micropartículas cuando la densidad de la espuma es de 600 kg/m3 - 750 kg/m3. De manera alternativa, para reducir el efecto negativo descrito anteriormente, la CPAM puede alimentarse al material espeso (es decir, la dispersión de fibras o la mezcla de fibras de celulosa) antes de mezclar la espuma con el material espeso y alimentar micropartículas cerca de la caja de entrada a la línea de alimentación de la caja de entrada.

No se necesita ninguna adición adicional de polímeros o fibras a la composición de espuma fibrosa con el fin de permitir el uso del material de fibra celulósica formado con espuma obtenido para materiales de alto volumen específico en materiales de envasado de cartón para líquido y laminados.

Pueden añadirse un agente o agentes de encolado, tales como anhídrido alquilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD) y colofonia a la composición de espuma fibrosa para mejorar la hidrofobicidad de la plancha (es decir, el material de fibra celulósica formado con espuma) y, de esta manera, sus propiedades repelentes al agua. El agente o los agentes de encolado pueden añadirse a la composición de espuma fibrosa en cantidades de hasta 4 kg/tonelada de contenido de sólidos secos. En la producción de cartón para envasado de líquidos, el encolado interior se realiza normalmente añadiendo AKD (dímero de alquilceteno).

Según una realización, el método comprende además la etapa de realizar un encolado hidrófobo mediante la adición de dímero de alquilceteno (AKD), anhídrido alquilsuccínico (ASA) y/o encolado de colofonia directamente antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Preferiblemente, el dímero de alquilceteno (AKD), el anhídrido alquilsuccínico (ASA) y/o el encolado de colofonia se añade menos de 20 segundos, preferiblemente menos de 10 segundos, tal como 7 segundos, antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Con AKD, la dosis puede ser de 4 kg/t o menos de contenido de sólidos secos. Una ventaja de la adición del agente de encolado en esta etapa es que el agente de encolado tiene un buen rendimiento. Si se añade antes, el tensioactivo puede eliminar el agente de encolado, resultando en una menor hidrofobicidad y aumentando de esta manera la tendencia del material resultante a absorber líquido cuando está seco. Preferiblemente, el agente o los agentes de encolado se añaden en una cantidad total de no más de 4 kg/t de contenido de sólidos secos.

El AKD, tal como Fennosize KD364M, dosificado a 4 kg/tonelada de contenido de sólidos secos (sustancia activa) o menos, puede añadirse a la espuma tal cerca como sea posible antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Preferiblemente, el AKD se añade menos de 20 segundos, preferiblemente menos de 10 segundos, tal como 7 segundos, antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Este agente de encolado actúa eficazmente en la formación de espuma SDS.

Se conoce que los tensioactivos alteran el encolado de AKD. Cuando se usa SDS como agente espumante y AKD como agente de encolado, la carga negativa del SDS probablemente neutraliza el AKD estabilizado catiónicamente. De esta manera, el SDS interfiere con la adsorción de partículas de AKD en las superficies de las fibras. Además, el producto AKD tiene que ser compatible con toda la química de formación de espuma. Por estas razones, el producto AKD debe seleccionarse cuidadosamente. El sistema de retención (CPAM y micropartículas) así como la adición de almidón catiónico promueven el encolado y, junto con el producto AKD Fennosize KD 364, puede conseguirse el nivel de encolado suficiente. La razón de la compatibilidad de Fennosize KD 364 y la química de formación de espuma podría ser la carga catiónica proporcionalmente elevada en el sistema de estabilización de AKD.

Preferiblemente, debido a que el retardo de AKD, es decir, el tiempo de residencia de AKD, en la espuma puede reducir la eficacia del encolado, el agente de encolado se alimenta a la espuma justo antes de la caja de entrada.

Según una realización alternativa, el método comprende además la etapa de realizar un encolado hidrófobo aplicando un agente de encolado pulverizando el mismo sobre la composición de espuma fibrosa distribuida obtenida en la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde, en el que el agente de encolado comprende dímero de alquilceteno (AKD) y/o anhídrido alquil succínico (ASA) y/o colofonia. Preferiblemente, el agente o los agentes de encolado se añaden en una cantidad total de no más de 4 kg/t de contenido de sólidos secos. Una ventaja de la adición del agente de encolado como una pulverización es que minimiza adicionalmente el efecto de lavado de AKD del tensioactivo reduciendo adicionalmente las fuerzas de cizallamiento y el tiempo de exposición al cizallamiento.

Según una realización, la densidad de la composición de espuma fibrosa cuya cantidad de agua debe reducirse es aproximadamente de 600 a 750 kg/m3. El tamaño de burbuja medio puede ser de 100 gm o menor. De esta manera, antes de reducir la cantidad de agua en la etapa (d), la densidad de la composición de espuma fibrosa es de aproximadamente 600-750 kg/m3. Esto tiene la ventaja de que, a esta densidad, el contenido de SDS no interactúa demasiado con los productos químicos catiónicos, garantizando las propiedades de resistencia de nivel objetivo para el cartón. Al mismo tiempo, la calidad de la espuma es suficientemente buena como para producir una formación aceptable. Una vez reducida la cantidad de agua (etapa (d)), el material de fibra celulósica formado con espuma ha obtenido su forma final y no contiene espuma o contiene una cantidad insignificante de la misma. Una vez reducida la cantidad de agua, la densidad del material de fibra celulósica formado con espuma (la plancha) es preferiblemente de 450 kg/m3 o menor, preferiblemente de 250-350 kg/m3, tal como de 300 kg/m3.

Según otra realización, el tamaño de burbuja medio de la composición de espuma fibrosa es de 100 gm o menor, tal como de 80 gm o menor, tal como de 60 gm o menor. Esto tiene la ventaja de que las burbujas mantienen las fibras individuales separadas y, de esta manera, no se generan flóculos de fibras, lo que conduce a una buena formación del material que típicamente tiene una formación específica, es decir, un índice de formación o la desviación estándar del gramaje local normalizado con el gramaje, medido según SCAN-P 92:09 por debajo de 1,0 Vg/m. El radio de las burbujas puede determinarse como el diámetro medio de Sauter D [3, 2], usando medición óptica y promediando el diámetro de las burbujas medidas.

La espuma que comprende fibras celulósicas generadas tal como se ha descrito anteriormente puede pasar a través de una disposición de boquillas ("caja de entrada") en la que la presión y las herramientas de formación generan una banda de material de fibra celulósica formado con espuma. La boquilla de la caja de entrada distribuye la espuma con fibra de manera uniforme en la dirección transversal sobre un alambre de formación y los elementos de deshidratación posteriores aumentan el contenido de sólidos, típicamente del 15 al 20% (peso/peso) después de la sección de formación. A continuación, la banda puede comprimirse mecánicamente para alcanzar un nivel de contenido de sólidos del 30 al 55%. Para alcanzar el objetivo de contenido de sólidos final (típicamente del 85 al 95%), la banda puede secarse usando unidades de secado, tales como cilindros calientes, secadores de infrarrojos o secadores Condebelt. Finalmente, el cartón base puede enrollarse en un carrete, puede enrollarse en carretes con la anchura del cliente y pueden almacenarse, antes de un uso futuro para preparar, por ejemplo, un material de envasado.

Opcionalmente, el material de fibra celulósica formado con espuma se usa en línea, es decir, aplicando directamente capas adicionales con el fin de transformar la banda de celulosa formada con espuma en un material de envasado laminado para envasado de alimentos líquidos o semilíquidos.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona también un material de fibra celulósica formado con espuma. El material de fibra celulósica formado con espuma comprende fibras celulósicas gruesas en una cantidad del 85% al 97% en peso de la cantidad total de fibras de celulosa y una fracción de refuerzo de celulosa en una cantidad del 3% al 15%, en peso de la cantidad total de celulosa y una densidad de 200 a 450 kg/m3, preferiblemente de 250 a 350 kg/m3, y más preferiblemente de 300 a 320 kg/m3. Debido a que dicho material comprende menos fibras celulósicas que el material convencional mientras todavía tiene las propiedades deseadas necesarias, los costes del material son más bajos en comparación con cuando se usa un material convencional para la misma aplicación.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención tiene una fuerza de unión interna mejorada adicionalmente, es decir, resistencia a la delaminación, en comparación con la celulosa formada con espuma correspondiente que no comprende una pulpa de fibra altamente refinada en su composición. Además, tiene también una resistencia mejorada a la compresión en la dirección del espesor, es decir, una deformación residual reducida.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención puede fabricarse según el método según la presente invención.

La presente invención se refiere también a un material de fibra celulósica formado con espuma obtenido mediante el método según la presente invención.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención puede definirse como con una densidad como máximo de 450 kg/m3, un gramaje de al menos 20 g/m2, un índice de absorción de borde menor de 1 kg/m2, tal como de 0,5 kg/m2 o menor, una resistencia a la delaminación de al menos 100 J/m2, una relación de resistencia a la compresión MD/CD entre 1,3 y 4,0, preferiblemente entre 2,0 y 3,5, incluso más preferiblemente entre 2,5 y 3,0, una fuerza z de al menos 150 kPa y una deformación residual (es decir, reducción del espesor restante después de la compresión en la dirección z) del 3 al 8% con una única carga de 2 MPa.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención es térmicamente estable por encima de 300°C y tiene una baja transferencia de calor, a diferencia de las capas de polímero formadas con espuma en general. Se ha observado que, a densidades relativamente bajas de 200 a 450 kg/m3, una lámina de material de fibra celulósica formado con espuma no pierde demasiado de su espesor original en las operaciones de laminación por extrusión (baja deformación residual), y mantiene también suficientemente su resistencia inicial a la delaminación, así como su resistencia a la tracción en la dirección z, es decir resistencia z (resistencia a la tracción direccional z).

El material de fibra celulósica formado con espuma puede tener un gramaje de al menos 20 g/m2. En algunas realizaciones, el gramaje está comprendido entre 20 y 440 g/m2.

Según una realización, el material de fibra celulósica formado con espuma tiene una resistencia a la delaminación de al menos 100 J/m2, preferiblemente al menos 140 J/m2 e incluso más preferiblemente al menos 170 J/m2. La resistencia a la delaminación puede ser de 60-300 J/m2, tal como 60-250 J/m2, tal como 80-220 J/m2, tal como 140-220 J/m2, tal como 170-220 J/m2. Estos valores son comparables a los valores para los materiales convencionales usados, por ejemplo, en materiales de envasado.

El material de fibra celulósica formado con espuma tiene como máximo una densidad de 450 kg/m3. Preferiblemente, la densidad es de 250-350 kg/m3, tal como 300 kg/m3, tal como 200 kg/m3.

Según todavía otra realización, el material de fibra celulósica formado con espuma tiene una relación de resistencia a la compresión MD/CD entre 1,3 y 4,0, preferiblemente entre 2,0 y 3,5, e incluso más preferiblemente entre 2,5 y 3,0.

Según un tercer aspecto de la invención, se proporciona también una lámina de celulosa de alto volumen específico para un material de envasado. La lámina de celulosa de alto volumen específico comprende el material de fibra celulósica formado con espuma según la invención, laminado o dispuesto en contacto de capa con una lámina adicional de un material de celulosa diferente. Dicha lámina de alto volumen específico tiene la ventaja de actuar como un núcleo en una construcción de material de tipo sándwich y su mayor espesor proporciona al compuesto de tipo sándwich una alta rigidez a la flexión con una baja densidad global, es decir, una elevada relación rigidez-peso. Además, la capa de alto volumen específico es estructuralmente suficientemente fuerte como para mantener los rebordes/revestimientos en sus posiciones relativas bajo carga fuera del plano, es decir, bajo compresión en la dirección z, exhibiendo una baja deformación residual.

Según una realización, la lámina adicional de un material de celulosa diferente es un papel. Debido a que la lámina adicional es más delgada y rígida, puede actuar como una pestaña/revestimiento en un compuesto de tipo sándwich que soporta cargas de compresión y de tensión en el plano.

La capa de alto volumen específico o el material de fibra celulósica formado con espuma puede tener un gramaje de peso superficial de al menos 20 g/m2. En algunas realizaciones el gramaje está comprendido entre 20 y 440 g/m2.

Según un cuarto aspecto de la invención, se proporciona un material de envasado laminado que comprende el material de fibra celulósica formado con espuma según la invención, en el que el material de fibra celulósica formado con espuma se lamina a al menos una capa de polímero, tal como un polímero termoplástico, tal como una poliolefina.

Los materiales de envasado laminados pueden obtenerse mediante diversos métodos de laminación de capas entre sí, tales como laminación por extrusión, laminación adhesiva húmeda o seca, laminación por calor-presión, y pueden incluir también diversos métodos de revestimiento.

Aunque la técnica de laminación particular no es crucial para conseguir los beneficios descritos en el presente documento. La laminación por extrusión es un ejemplo que puede usarse, de manera adecuada, para producir materiales de envasado laminados, en particular envases basados en cartón usados para alimentos, tales como alimentos líquidos y semilíquidos.

Según una realización, el material de envasado laminado comprende además una barrera contra el oxígeno. Esto tiene la ventaja de que un envase realizado a partir del material de envasado puede usarse para envasar productos sensibles al oxígeno.

La capa de barrera contra el oxígeno puede ser una lámina de aluminio. Típicamente, el espesor de la lámina de aluminio es de 3-15 gm, tal como de 5-10 gm, por ejemplo, de 5-8 gm.

De manera alternativa, la capa de barrera es una película o revestimiento de barrera.

La resistencia a la delaminación del material de envasado puede ser de 60-300 J/m2, tal como de 60-250 J/m2, tal como de 80-220 J/m2, tal como 140-220 J/m2, tal como 170-220 J/m2.

En particular, un material de envasado laminado según la invención comprende una capa de alto volumen específico, que comprende un material a partir de un material de fibra celulósica formado con espuma, denominado también celulosa espumada. La capa de material de alto volumen específico puede disponerse para proporcionar la contribución más eficaz a la rigidez a la flexión de un laminado. De esta manera, la capa de alto volumen específico puede seleccionarse de manera apropiada con el fin de obtener la rigidez deseada adecuada para el tipo de recipiente de envasado y el producto alimenticio deseado.

Una capa de alto volumen específico que comprende material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención proporciona la resistencia a la delaminación necesaria en combinación con la resistencia a la compresión en la dirección del espesor, que proporciona una distancia suficiente entre una capa de barrera y una capa termoplástica más exterior del material de envasado.

De esta manera, un volumen adecuado puede comprender principalmente o sólo el material de fibra celulósica formado con espuma y, por consiguiente, tiene aproximadamente, o exactamente, las mismas propiedades físicas que el material de fibra celulósica formado con espuma según la invención.

La capa de alto volumen específico puede comprender además una capa adicional, integrada, de reborde o de revestimiento de un material basado en celulosa, tal como un papel delgado, que tiene una mayor rigidez a la tracción y una mayor densidad, con el fin de proporcionar características constructivas de tipo sándwich en el interior de la propia capa de alto volumen específico.

De esta manera, la capa de material de fibra celulósica formado con espuma puede laminarse o disponerse para estar en contacto de capa contigua con al menos una capa de papel de revestimiento, en el interior de la capa de alto volumen específico.

El material de envasado laminado final puede comprender una capa de alto volumen específico del material de fibra celulósica formado con espuma y al menos una capa adicional de material de celulosa diferente, tal como un papel delgado o una capa de revestimiento de cartón de calibre reducido, laminándose las capas mediante operaciones de laminación subsiguientes en la fabricación del material de envasado laminado.

Una capa de alto volumen específico multicapa puede ser un laminado de capas individuales producidas de manera independiente y unidas entre sí posteriormente.

De manera alternativa, un volumen multicapa puede formarse ya en la máquina de fabricación de papel. Por ejemplo, una capa de material de fibra celulósica formado con espuma puede formarse mediante una caja de entrada (una disposición de boquillas), mientras que otra capa de papel, o una capa de fibras de celulosa diferentes, puede formarse mediante otra caja de entrada en la misma máquina. El uso de múltiples cajas de entrada en la misma máquina de papel es bien conocido en el campo de la fabricación de papel. También es posible usar una caja de entrada estratificada para formar las capas de un producto multicapa.

La capa de alto volumen específico o el material de fibra celulósica formado con espuma según la invención puede tener un gramaje de peso superficial de al menos 20 g/m2. En algunas realizaciones el gramaje es de 20 a 440 g/m2, por ejemplo, de 25 a 350 g/m2, tal como de 45 a 250 g/m2, tal como de 60 a 220 g/m2, tal como de 60 a 200 g/m2.

Para algunas aplicaciones, la densidad óptima del material de fibra celulósica formado con espuma que ser usado en materiales de envasado laminados es de 200 a 450 kg/m3, en particular de 200 a 400 kg/m3, tal como de 300 a 400 kg/m3.

La capa de alto volumen específico puede tener un espesor de 80 a 1.100 gm, tal como de 90 a 800 gm, tal como de 150 a 600 gm, tal como de 200 a 550 gm, tal como de 250 a 350 gm.

La capa de alto volumen específico puede comprender el material de fibra celulósica formado con espuma como material de alto volumen específico. La capa de alto volumen específico puede caracterizarse por una densidad menor de 700 kg/m3, tal como de 100 a 600 kg/m3, tal como de 100 a 500 kg/m3, tal como de 200 a 500 kg/m3, tal como de 300 a 500 kg/m3, tal como de 300 a 400 kg/m3, tal como de 200 a 400 kg/m3, tal como de 200 a 300 kg/m3.

El material de fibra celulósica formado con espuma puede proporcionar al menos el 20%, tal como al menos el 25%, tal como al menos el 30%, tal como al menos el 40% del espesor de la capa de alto volumen específico. Los porcentajes pueden determinarse examinando la sección transversal del material de envasado en un microscopio.

La capa de alto volumen específico puede estar compuesta de material de fibra celulósica formado con espuma, de esta manera, no constituye realmente en sí misma una capa de alto volumen específico, sino más bien una capa separadora para una configuración de laminado o de tipo sándwich final, y la capa separadora de alto volumen específico puede tener una densidad menor de 450 kg/m3, preferiblemente de 200-300 kg/m3.

Cuanto menor sea la densidad del material de alto volumen específico de celulosa formada con espuma, mayor será la rentabilidad con relación a las materias primas consumidas. Se obtiene una mejor resistencia a las propiedades de reducción de espesor de una celulosa formada por espuma por encima de 300 kg/m3.

La capa de alto volumen específico, que incluye una capa de material de fibra celulósica formado con espuma y opcionalmente una capa de celulosa adicional, puede estar provista de revestimientos, tales como, por ejemplo, un revestimiento de arcilla, o su superficie puede estar modificada. Dichos revestimientos o modificaciones superficiales pueden ser también adecuados para su aplicación a una capa adicional, que está destinada, por ejemplo, a la impresión, y dispuesta entre la capa de alto volumen específico (que incluye opcionalmente una capa de celulosa adicional) y la capa de polímero termosellable más externa. La capa de alto volumen específico, que incluye opcionalmente una capa adicional, tal como una capa delgada de revestimiento de papel, puede modificarse en su superficie o puede haber una capa adhesiva o de unión con el fin de facilitar la compatibilidad y unión entre la capa de alto volumen específico y las capas adicionales.

La superficie de la capa de alto volumen específico puede tratarse o revestirse para mejorar la adhesión y la compatibilidad entre las capas circundantes del laminado de envasado y/o para obtener propiedades deseadas adicionales, tales como una rigidez mejorada. Dicho tratamiento de superficie puede proporcionarse mediante la exposición de la superficie del material a tratamientos de corona, ozono o llama, o similares.

Un material de envasado laminado según la invención puede comprender una capa de alto volumen específico que comprende el material de fibra celulósica formado con espuma según la invención, y al menos una capa de material termoplástico laminada sobre la misma. La capa termoplástica puede cubrir y proteger la capa de alto volumen específico basada en celulosa y puede constituir un lado exterior termosellable del material de envasado laminado.

El lado de la capa de alto volumen específico que se convertirá en el lado exterior del recipiente de envasado cerrado y sellado puede imprimirse con un patrón de tinta decorativo y, posteriormente, puede revestirse con una capa termoplástica, exterior, hermética a los líquidos y termosellable.

De esta manera, la capa de alto volumen específico puede proporcionar una oportunidad para incorporar un material de fibra celulósica formado con espuma a un material de envasado laminado adecuado para preparar recipientes de envasado para productos alimenticios, especialmente para productos alimenticios líquidos y semilíquidos.

La laminación de la capa de alto volumen específico y del material de alto volumen específico de material de fibra celulósica formado con espuma a capas de polímero puede realizarse mediante operaciones de extrusión por fusión, tales como revestimiento por extrusión y laminación por extrusión de las capas de plástico. La extrusión puede realizarse generalmente a altas temperaturas tales como, en el caso de polietilenos de baja densidad, de hasta aproximadamente 330°C. Se ha demostrado que dichas temperaturas no son un problema importante para una capa de alto volumen específico que comprende el material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención. Esto contrasta con el caso de las capas de alto volumen específico de las capas de polímero formado con espuma, para las cuales se ha demostrado que el núcleo de polímero colapsa durante el revestimiento por extrusión, véase el documento WO2015/181281.

La capa de alto volumen específico puede proporcionar una distancia entre una capa de barrera y una capa de polímero termoplástico termosellable más externa y, de esta manera, permite estructuras de material de envasado laminado adaptadas a medida.

El material de envasado laminado puede comprender una capa adicional entre la capa termoplástica más externa y la capa de alto volumen específico. La capa adicional puede ser, por ejemplo, una capa de papel o cartón o una película de polímero. La capa adicional puede contener una impresión sobre el lado que se convertirá en el exterior del recipiente de envasado. Siempre que la capa adicional sea una capa de papel, cartón o celulosa, un gramaje de al menos 20 g/m2 y en algunas realizaciones entre 20 y 100 g/m2 es adecuado. La capa de papel puede revestirse con un revestimiento blanco o con una capa de revestimiento de arcilla para mejorar la blancura de la superficie. Siempre que la capa adicional sea una película de polímero, su espesor será preferiblemente de 10-50 pm. Los ejemplos de películas adecuadas son películas prefabricadas orientadas, tales como BOPP (polipropileno orientado biaxialmente), BoPET (tereftalato de polietileno orientado biaxialmente), poliamida y películas de polietileno orientado de alta densidad.

La capa adicional puede seleccionarse de entre una capa de papel que tenga un gramaje comprendido entre 20 y 100 g/m2 y una película de polímero que tenga un espesor de 10-50 pm.

El espesor de la capa exterior del material de envasado, dirigido hacia el exterior de un envase realizado a partir del material, puede ser, por ejemplo, de 5 pm-50 pm, tal como 7 pm-30 pm, tal como 7 pm-20 pm, tal como 8 pm-15 pm.

Cuando la capa termoplástica más externa cubre el patrón de impresión decorativo, debe ser transparente de manera que la decoración impresa sea bien visible desde el exterior del envase sin que se deteriore por la calidad de la capa de plástico.

En el lado de la capa de alto volumen específico opuesto a la decoración impresa y, por lo tanto, orientado hacia el interior del recipiente de envasado final, puede disponerse una capa de barrera, por ejemplo, por medio de una capa laminada intermedia que puede ser una capa basada en poliolefina, por ejemplo, de HDPE, LDPE, polipropileno u otra capa de polímero termoplástico adecuado, tal como copolímero de etileno-ácido acrílico (EAA), que facilita además la adhesión entre la capa de alto volumen específico y la barrera contra el oxígeno.

Opcionalmente, la capa de alto volumen específico y/o la capa de barrera se trata o se modifica con el fin de conseguir la adhesión entre las capas, en cuyo caso es posible que la capa laminada no sea necesaria. Por ejemplo, puede usarse un revestimiento que modifica la superficie de uno o más de los sustratos.

La capa laminada puede aplicarse mediante un proceso de extrusión usando equipo de extrusión disponible comercialmente. Los materiales adecuados como capa laminada son conocidos y comprenden convencionalmente una poliolefina.

El material de laminación puede comprender un polietileno o mezclas de los mismos. Dentro del grupo de los polietilenos, las propiedades de las capas de laminación pueden variarse y adaptarse con el fin de conseguir diversas propiedades finales en un material de envasado. De esta manera, las variaciones de la capa laminada para el tipo deseado de material de envasado para alimentos líquidos y semilíquidos se encuentran en gran parte en el grupo de los polímeros de polietileno.

El espesor de la capa laminada del material de envasado puede ser de 5 pm-50 pm, tal como 10 pm-30 pm, tal como 15 pm-30 pm, tal como 17 pm-25 pm.

La capa de barrera, tal como la capa de barrera contra el oxígeno (por ejemplo, una lámina de aluminio o una película de polímero, tal como una película termoplástica revestida mediante deposición al vapor) puede disponerse por medio de la capa laminada en el lado opuesto de la capa de alto volumen específico.

La capa de barrera puede tener un adhesivo en el lado opuesto a la capa laminada opcional. Las personas expertas en la técnica con capaces de seleccionar el adhesivo dependiendo de las propiedades deseadas y de la compatibilidad con la capa con la que está en contacto.

Cuando la capa de barrera es una lámina de aluminio, un ejemplo de adhesivo son los copolímeros de etileno con comonómeros que tienen funcionalidad de ácido carboxílico, tales como copolímero de etileno y ácido acrílico, por ejemplo, comercializado bajo el nombre comercial Primacor® por Dow o Nucrel® por Dupont.

La capa adhesiva del material de envasado según la invención puede tener un espesor de 3 gm-12 gm, tal como de 4 gm-10 gm, tal como de 5 gm-9 gm. La capa adhesiva puede caracterizarse mediante diferentes métodos que incluyen, por ejemplo, espectroscopia infrarroja (IR).

El material de envasado puede contener además una capa termosellable más interior. Un ejemplo de una capa termosellable es un polímero de poliolefina termosellable que se aplica como una capa para estar orientada hacia el interior del recipiente, es decir, en contacto directo con los alimentos. La capa termosellable para la capa más interior puede ser un polímero de polietileno del tipo de baja densidad, seleccionado de entre el grupo que consiste en LDPE, LLDPE, VLDPE, ULDPE o mLLDPE y mezclas de dos o más de los mismos. La disposición de la capa termosellable es similar a la capa laminada y la divulgación anterior en conexión con la capa laminada se aplica también a la capa termosellable más interior.

Dependiendo del tipo de recipiente de envasado producido a partir del material de envasado, son concebibles también capas más internas termosellables de co- o ter- polímeros de polietileno, polipropileno o propileno de alta densidad dentro del alcance de la invención, siempre que sean compatibles con y consigan el efecto deseado en combinación con otros componentes del material de envasado y, en particular, el adhesivo tal como se describe en el presente documento.

Los ejemplos adecuados para su uso como capas más interiores son mezclas entre LDPE y mLLDPE (por ejemplo, relaciones de mezcla en % en peso 50/50, 40/60, 60/40, 30/70, 70/30, 20/80, 80/20), tales como LDPE de grado de extrusión.

El espesor de la capa más interior del material de envasado es, por ejemplo, de 5 gm-50 gm, tal como de 10 gm-30 gm, tal como de 15 gm-30 gm, tal como de 17 gm-25 gm.

Generalmente, las diferentes capas presentes en el material de envasado son posibles de detectar, por ejemplo, mediante microscopía. Es posible separar una o más de las capas, por ejemplo, el adhesivo desde la capa termosellable y, de esta manera, en ciertas realizaciones, la capa que forma el interior del recipiente de envasado puede ser una combinación del adhesivo y de la capa termosellable en la que la capa termosellable está orientada hacia el producto alimenticio líquido o semilíquido.

Naturalmente, los ejemplos a los que se ha hecho referencia anteriormente deben considerarse como una guía general y, por lo tanto, son posibles otros polímeros en las capas más exterior y más interior y de laminación.

De esta manera, las capas indicadas anteriormente del material de envasado deben considerarse solo como ejemplos.

Las capas indicadas anteriormente del material de envasado se aplican convencionalmente al lado respectivo del material de alto volumen específico mediante técnicas de revestimiento por extrusión y laminación por extrusión.

El material de envasado puede comprender una capa adicional entre la capa de alto volumen específico y la capa de revestimiento decorativo termosellable más exterior.

Esta capa adicional puede tener un gramaje de peso superficial de al menos 20 g/m2.

La capa adicional puede ser una capa de papel o una capa de polímero o una película de polímero.

La superficie de la capa adicional puede revestirse o modificarse con el fin de aumentar la adhesión a las capas adyacentes.

Si es necesario, por ejemplo, con el fin de conseguir una adhesión mejorada entre la capa adicional y la capa de alto volumen específico, puede haber presente una capa de unión.

La capa de unión puede seleccionarse de entre los materiales enumerados en la descripción de la capa laminada.

El material de envasado puede transformarse en un recipiente de envasado. El recipiente de envasado puede ser un recipiente de envasado aséptico. El recipiente de envasado puede ser un recipiente de envasado para alimentos líquidos o semilíquidos.

Un recipiente de envasado formado a partir del material de envasado según la invención puede ser de cualquier forma conocida.

El recipiente puede ser un recipiente sustancialmente con forma de ladrillo o de cuña que es duradero cuando se expone a la manipulación y a la distribución y que es resistente a la humedad y al gas oxígeno durante el almacenamiento a largo plazo, debido al material de envasado de alta calidad, que a su vez proporciona también una calidad de sellado y propiedades de barrera contra los gases suficientes.

Otros tipos de envases basados en cartón para envasado de líquidos en los que la invención puede ser útil son un recipiente de envasado con forma de ladrillo, un recipiente de envasado de tipo “gable-top”, un recipiente de envasado con forma de cuña, un recipiente de envasado de base cuadrada, rectangular u octogonal. Ejemplos más específicos son los denominados envases Tetra Brik®, Tetra Brik® Aseptic, Tetra Brik® Edge, Tetra Gemina® Aseptic, Tetra Prisma® Aseptic, Tetra Rex® y Tetra Top® y Tetra Evero® u otros tipos de envases con forma de botella que comprenden un revestimiento del material de envasado basado en cartón.

El envase puede estar relacionado con un envase Tetra Brik® de un tamaño conocido, tal como de 200 ml, 250 ml, 500 ml y 1.000 ml que opcionalmente puede tener una base cuadrada o una parte superior inclinada, tal como, por ejemplo, Tetra Brik® Edge.

Se concluye que la cantidad de fibras de celulosa puede reducirse significativamente en el material de envasado laminado según la invención, mientras que, no obstante, el material resultante ha mantenido las propiedades mecánicas y la idoneidad para el envasado de alimentos en general y para el envasado de cartón para líquidos en particular.

Además, la presente invención se refiere a un recipiente de envasado que comprende el material de envasado laminado según la invención. En particular, la invención se refiere a un recipiente de envasado destinado al envasado de alimentos líquidos o semilíquidos, que comprende el material de envasado laminado.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la invención se describirán a continuación, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que

La Figura 1 muestra el efecto del contenido de almidón catiónico retenido (como % peso/peso) sobre la resistencia a la delaminación. Los diamantes representan una densidad de espuma < 500 kg/m3 y baja cantidad (300 g/t de contenido de sólidos secos tanto de CPAM como de micropartículas) de agente de retención (ra), X indica una densidad de espuma de 700 kg/m3 y baja cantidad (300 g/t de contenido de sólidos secos tanto de CPAM como de micropartículas) de agente de retención, los triángulos representan una densidad de espuma de 700 kg/m3 y alta cantidad (550 g/t de contenido de sólidos secos tanto de CPAM como de micropartículas) de agente de retención y los cuadrados representan una densidad de espuma de 700 kg/m3 y en el que no se usó en absoluto almidón. El contenido de almidón objetivo, en el que el 1 % corresponde a una dosis de 10 kg/t, el 2% corresponde a una dosis de 20 kg/t, y así sucesivamente, se muestra para cada punto de datos.

La Figura 2 muestra la resistencia a la delaminación para diferentes materiales producidos según la presente invención, en comparación con una muestra de referencia que no comprende la fracción de refuerzo de celulosa. Los datos se recopilan a partir de cinco ensayos separados de piloto-máquina. Hr significa fibras altamente refinadas (lo mismo que hrHW- fibras de madera dura) en la Tabla 1 y RA significa agente de retención. Las barras negras representan experimentos en los que la densidad de la espuma fue de 700 kg/m3 y las barras blancas representan experimentos en los que la densidad de la espuma fue de entre 500 kg/m3.

La Figura 3 muestra cómo la resistencia a la delaminación depende del contenido de hrHW. Los diamantes representan una densidad de espuma < 500 kg/m3 y una cantidad baja (300 g/t de contenido de sólidos secos tanto de CPAM como de micropartículas) de agente de retención (ra), X indica una densidad de espuma de 700 kg/m3 y baja cantidad (300 g/t de contenido de sólidos secos tanto de CPAM como de micropartículas) de agente de retención, los triángulos representan una densidad de espuma de 700 kg/m3 y alta cantidad (550 g/t de contenido de sólidos secos tanto de CPAM como de micropartículas) de agente de retención, los cuadrados representan una densidad de espuma de 700 kg/m3 y en el que no se usó en absoluto almidón y o indica una densidad de espuma de 700 kg/m3 y alta cantidad (550 g/t de contenido de sólidos secos tanto en CPAM como en micropartículas) de agente de retención. El contenido de almidón objetivo, en el que el 1% corresponde a una dosis de 10 kg/t, el 2% corresponde a una dosis de 20 kg/t, y así sucesivamente, se muestra para cada punto de datos.

La Figura 4 muestra cómo la deformación residual z depende de la densidad de la lámina. Los diamantes rellenos representan una densidad de espuma < 500 kg/m3 y el 10% (peso/peso) de hrHW, los triángulos indican una densidad de espuma de 700 kg/m3 y el 12% de hrHW y los diamantes representan una densidad de espuma < 500 kg/m3 y el 12% de MFC (celulosa microfibrilada). La MFC tiene una longitud de fibra media de 100 nm a 0,1 mm y un diámetro de fibra de 3 a 50 nm.

La Figura 5 muestra los valores de mini-Cobb 30 para los materiales producidos según la presente invención usando diferentes agentes de encolado. Se consiguió un encolado suficiente cuando el valor mini-Cobb 30 fue menor de 50 g/m2 (la línea de puntos en el diagrama). A es un producto aniónico, mientras que B y C son productos catiónicos. No se conocen otros detalles de las formulaciones.

La Figura 6 muestra un diagrama de flujo de un método según la presente invención.

Las Figuras 7a y 7b son vistas en sección transversal de materiales de envasado laminados según la presente invención.

La Figura 8 muestra la turbidez de los filtrados DDJ de suspensiones de pulpa en los que los diferentes sistemas de retención se usaron a diferentes concentraciones de SDS. Los diamantes rellenos representan suspensiones de pulpa a las que no se añadió ningún sistema de retención; los cuadrados rellenos representan suspensiones de pulpa a las que se añadió CPAM antes de añadir las micropartículas; los triángulos rellenos representan suspensiones de pulpa a las que se añadió PEO antes de añadir TA; y X indica suspensiones de pulpa a las que se añadió TA antes de añadir PEO. La dosis de cada componente adyuvante de retención, es decir, CPAM, micropartículas, PEO y TA fue de 0,3 kg/t de pulpa seca.

La Figura 9 muestra la turbidez de los filtrados DDJ de suspensiones de pulpa con diferentes sistemas de retención a altas fuerzas de cizallamiento.

Definiciones

La densidad lineal de la fibra se define como peso por longitud de fibra y se expresa normalmente en unidades de mg/m o g/m. La densidad lineal depende del diámetro de la fibra, del espesor de la pared celular, de la densidad de la pared celular y de la sección transversal de la fibra. El valor de la densidad lineal tiene una gran influencia sobre la estructura del papel. Un valor de densidad lineal elevado indica una pared de fibra gruesa, que proporciona fibras rígidas que no pueden colapsar. Las fibras de paredes delgadas con un valor de densidad lineal bajo proporcionan fibras flexibles y una lámina más densa. Cuanto mayor sea la densidad lineal de las fibras, más fuertes y rígidas serán. Las fibras con mayor densidad lineal producen un papel voluminoso. Esto es importante para el papel de envasado y menos importante para el papel de impresión. Sin embargo, la fibra con alto valor de densidad lineal causará una superficie de papel irregular.

Un "material de fibra celulósica formado con espuma", "material de celulosa espumada", "celulosa espumada" o un "material formado con espuma de fibras de celulosa" es un material que proporciona volumen o espesor a un artículo a partir del material, sin añadir necesariamente mucho peso, es decir, al tener una propiedad de volumen más elevada que los papeles o cartones fibrosos convencionales.

La "propiedad volumen específico" es la inversa de la densidad del material. En otras palabras, la celulosa espumada es un material fibroso, con densidad ajustable, que puede fabricarse mediante un proceso de formación de espuma.

"Delaminación" es cuando un material se separa en diferentes capas. La delaminación es un modo de fallo para materiales fibrosos, tales como el cartón, donde las capas de fibra y las fibras se separan, conduciendo a una pérdida significativa de propiedades mecánicas.

La "fuerza de delaminación" puede caracterizarse por la fuerza de unión interna del material y puede determinarse, por ejemplo, mediante el dispositivo de ensayo Huygen Internal Bonding Energy conforme a TAPPI T569 y que proporciona un valor de J/m2. Los materiales de papel son sometidos a una carga fuera del plano en muchas operaciones de conversión, tal como en la impresión, el plegado, la laminación, el empalme y el plegado, lo que puede resultar en delaminación. La "fuerza de unión interna", medida mediante un ensayo de tipo Scott Bond, puede correlacionarse con la "resistencia a la delaminación" del material de papel en dichas operaciones de conversión.

La "Fuerza de unión interna" (J/m2) se define como la energía por unidad de área en el plano requerida para delaminar un material de papel en la dirección a través del espesor, es decir, en la dirección z, en un ensayo de tipo Scott Bond.

La "resistencia a la compresión" de la plancha es la fuerza de compresión máxima por unidad de anchura que una pieza de ensayo puede soportar hasta el inicio del fallo. Se expresa en kilonewtons por metro (kN/m). Norma de medición ISO 9895:2008.

La "Norma Canadiense de Drenabilidad" ("CSF" o "drenabilidad") de pulpa está diseñada para proporcionar una medida de la velocidad a la que puede drenarse una suspensión diluida de pulpa (3 g de pulpa en 1 l de agua) (norma ISO 5267-2:2001).

La "relación de resistencia a la compresión" MD/CD se determina como la relación entre la resistencia a la compresión en la dirección de la máquina (MD) y la resistencia a la compresión en la dirección transversal (CD), ambas medidas según la norma ISO 9895:2008

La "resistencia Z" es la resistencia a la tracción en la dirección del espesor, norma de medición ISO 15754.

El "índice de absorción de bordes" (EWI) se define como la cantidad de solución de ensayo absorbida por los bordes de una pieza de ensayo bajo las condiciones de ensayo específicas. El resultado se proporciona en kg/m2.

El ensayo de Schopper-Riegler (véase ISO 5267) está diseñado para proporcionar una medida de la velocidad a la que puede deshidratarse una suspensión diluida de pulpa. Se ha demostrado que la drenabilidad está relacionada con las condiciones de la superficie y el hinchamiento de las fibras, y constituye un índice útil de la cantidad de tratamiento mecánico al que se ha sometido la pulpa.

El "gramaje" se expresa como peso por unidad de área en el plano de los materiales de papel y se mide en g/m2.

El "gramaje de capa" de una capa en un material de envasado laminado es el peso por unidad de área en g/m2 de esa capa.

El "espesor" es la distancia entre dos superficies planas, que están colocadas a cada lado de un material de papel y sometidas a una presión de 100 kPa. Se expresa en micrómetros (pm).

Una "capa de alto volumen específico" o una "capa de núcleo" es una capa que contribuye en gran medida a la rigidez mecánica y a las propiedades de resistencia y a las propiedades de estabilidad dimensional de un material laminado. Esta es normalmente la capa más gruesa de un material laminado (de tipo sándwich), sin ser necesariamente el material más fuerte o más denso. En un material de tipo sándwich rígido, frecuentemente hay una capa de distanciamiento o separadora "voluminosa" en el centro, entre dos capas circundantes, es decir, capas enfrentadas, que contribuyen a la rigidez total de la construcción con su módulo de Young y/o con propiedades de rigidez a la tracción más altas. El gramaje de la capa de alto volumen específico se evalúa según la norma ISO 536. El espesor de la capa de alto volumen específico puede evaluarse mediante microscopía o mediante un método de gramaje de capas, tal como se describe a continuación en el presente documento. El gramaje de una capa de alto volumen específico en un material de envasado laminado se calcula como la diferencia entre el gramaje total y los gramajes de capa de las capas de polímero y de lámina de aluminio.

En este contexto, "baja densidad" en relación con un material de celulosa o un material de alto volumen específico para un material de envasado laminado para el envasado de líquidos, significa una densidad que es menor que la del cartoncillo o cartón normal para ese propósito, es decir, en última instancia, menor de 900 kg/m3, tal como menor de 700 kg/m3, tal como de 100 a 600 kg/m3, tal como de 100 a 500 kg/m3, tal como de 200 a 500 kg/m3, tal como menor de 450 kg/m3.

Un "espesor" con referencia al material de envasado, un recipiente de envasado o capas del mismo, a menos que se defina lo contrario, se determina mediante microscopía, por ejemplo, mediante un microscopio adecuado, tal como los comercializados bajo el nombre Olympus, por ejemplo, BX51.

"Alimento líquido o semilíquido" se refiere generalmente a productos alimenticios que tienen un contenido fluido que opcionalmente puede contener trocitos de alimento. Lácteos y leche, soja, arroz, cereales y bebidas de semillas, zumos, néctar, bebidas sin gas, bebidas energéticas, bebidas deportivas, bebidas de café, bebidas de té, agua de coco, vino, sopas, jalapeños, tomates, salsa (tal como salsa para pasta), alubias y aceite de oliva son algunos ejemplos no limitativos de los productos alimenticios contemplados.

"Aséptico" en conexión con un material de envasado y un recipiente de envasado se refiere a condiciones en las que los microorganismos se eliminan, se inactivan o mueren o en las que el nivel de microorganismos se reduce significativamente. Los ejemplos de microorganismos son bacterias, esporas y levaduras. Generalmente, se usa un proceso aséptico cuando un producto se envasa asépticamente en un recipiente de envasado.

El término "termosellado" se refiere al proceso de soldar una superficie de un material termoplástico a otra superficie termoplástica. Bajo las condiciones apropiadas, tales como cuando se aplica suficiente calor y presión, un material termosellable debería ser capaz de generar un sello cuando se presiona contra y en contacto con otro material termoplástico adecuado. El calentamiento adecuado puede conseguirse mediante calentamiento por inducción o calentamiento ultrasónico u otros medios de calentamiento por contacto o por convección convencionales, por ejemplo, aire caliente.

Métodos

El gramaje (en (g/m2) se determinó usando una versión de ISO 536 que tenía menos muestras y un tamaño de muestra más pequeño. Las piezas de ensayo circulares con un área en el plano de 100±1 cm2 se produjeron usando un dispositivo de corte (cortador de disco o punzón). Se pesaron cinco piezas de ensayo circulares cada una en una balanza con una lectura de una precisión de ±0,5%. El gramaje de cada pieza de ensayo se calculó dividiendo la masa de la pieza de ensayo por el área en el plano.

El espesor (la distancia (en pm) entre las dos superficies planas, que están colocadas a cada lado del material de papel y se someten a una presión de 100 kPa) se determinó usando una versión de ISO 534 en la que se analizaron menos muestras, pero se midieron varios puntos por cada muestra. Las piezas de ensayo circulares con un área en el plano de 100±1 cm2 se produjeron usando un dispositivo de corte (cortador de disco o punzón). Se produjeron cinco piezas circulares para cada muestra. Para cada pieza de ensayo, el espesor se midió como micrómetro de peso muerto según ISO 534 en tres puntos diferentes y el espesor de la pieza de ensayo se evaluó como el valor medio de estas tres mediciones.

Las propiedades de tracción se determinaron usando una versión de ISO 1924:3. Una pieza de ensayo de una dimensión determinada, de 15 mm de anchura y suficientemente larga (>150 mm) se tensó para romperse a una tasa de alargamiento constante (100 mm/min) usando una máquina de ensayo que registra automáticamente tanto la fuerza de tracción como el alargamiento. Los ensayos se realizaron en la dirección de la máquina (MD) y en la dirección transversal (CD) por separado. Se usaron 10 piezas de ensayo para cada muestra según ISO 1924:3.

La fuerza de compresión (ensayo de compresión de tramo corto (SCT)) se determinó usando una versión de ISO 9895 en la que se ensayaron 10 muestras en cada dirección. Una pieza de ensayo de 15 mm de anchura y > 70 mm de largo se sujetó entre dos abrazaderas, separadas 0,70 mm, que se forzaron una hacia la otra hasta que se produjo un fallo por compresión. Se midió la fuerza máxima y se calculó la resistencia a la compresión. El papel o cartón se ensayó en 10 piezas de ensayo en la dirección MD y 10 piezas de ensayo en la dirección CD por separado.

La absorción de bordes en ácido láctico a 23°C, 1 h se determinó como sigue. Se aplicó una cinta resistente al agua (por ejemplo, Scotch El-tape N° 5 de 3M) en ambos lados de la muestra (se evitaron las arrugas). Se usó un dispositivo de corte para cortar 1 conjunto de 5 piezas de ensayo, 75 mm (CD) x 25 mm (MD), y las piezas se marcaron de manera correspondiente. Las 5 piezas se pesaron juntas y el resultado se redondeó hacia abajo/hacia arriba al mg más cercano. Se preparó una solución de ácido láctico al 1 % (volumen/volumen) y se vertió en un recipiente (247x395 mm) a un nivel de 10±1 mm. El recipiente era de plástico o de acero inoxidable. La temperatura en el recipiente se mantuvo a 23°C ± 1°C. Las piezas de ensayo se retiraron después de 1 h ± 2 min y se colocaron entre dos papeles secantes. Un rodillo de latón (anchura de cara 200 mm y peso 10±0,5 kg) se movió una vez hacia adelante y hacia atrás sobre las piezas de ensayo entre los papeles secantes sin aplicar ninguna presión adicional. Las piezas de ensayo se pesaron juntas y el resultado se redondeó hacia abajo/hacia arriba al mg más cercano. El índice de absorción de bordes se calculó como

(Peso total después del ensayo) - (Peso total antes del ensayo)

EWI = --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

(Espesor de tablero) x (Circunferencia total de la muestra)

La resistencia a la delaminación se determinó como sigue. Una pieza de ensayo se cortó y se montó entre un yunque de acero y un soporte de aluminio con forma de L usando cinta adhesiva de doble cara. Se aplicó una presión específica a las placas metálicas para garantizar una unión repetible y se liberó un péndulo desde una posición horizontal inicial y se dejó que golpeara el soporte con forma de L al alcanzar su posición vertical, causando la delaminación de la pieza de ensayo. La energía consumida por el proceso de delaminación se evaluó registrando la oscilación de pico en exceso del péndulo. La fuerza de unión interna se calculó como la energía registrada dividida por el área en el plano de la pieza de ensayo.

La deformación z residual (la deformación residual en la dirección z (dirección del espesor)) después de una carga específica sobre la muestra se determinó con un dispositivo de carga Lloyd LR10K. El área de la muestra expuesta a la carga fue de 15,2 cm2, con un radio circular de 22 mm. La muestra de cartón se colocó sobre la mesa de carga y se aplicó una presión máxima de 2 MPa (fuerza 3.041 N) sobre la muestra durante un período de 1 s. El cambio relativo se calculó con el espesor inicial de la lámina (medido con un dispositivo estándar separado) y la lectura del sensor de desplazamiento que muestra el cambio de espesor absoluto, es decir, la reducción de espesor permanente, debida a la compresión. La deformación residual se determinó como el punto en el que no hubo una caída evidente adicional en la fuerza de carga. Se realizaron al menos cinco mediciones paralelas en puntos separados. La medición de la deformación residual puede realizarse también con cargas secuenciales, informando acerca de la magnitud del cambio de espesor después de cada carga.

La medición Mini-Cobb 30 se determinó como sigue. Una muestra seca se pesó y se colocó debajo de un cilindro con un diámetro interior de 3 cm. Se vertieron 7 ml de agua en el cilindro. Después de 30 s, se vertió el agua. El exceso de agua se eliminó de la muestra usando papel de dibujo y un rodillo. La muestra se pesó mientras estaba húmeda y se calculó la cantidad de agua absorbida por 1 m2 del material de muestra.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención

La Fig. 1 muestra el efecto del contenido de almidón catiónico retenido sobre la resistencia a la delaminación. Se añadió almidón catiónico (el mismo para todas las muestras y dosificado en la proporción mostrada junto al marcador) para aumentar la resistencia y se añadió a todas las muestras, excepto a la referencia cero (cuadrado relleno). Incluye también densidad de espuma (500 kg/m3 y 700 kg/m3) y dosis de agente de retención (CPAM micropartículas, 300 g/t 300 g/t (ra baja) o 550 g/t 550 g/t (ra alta)). Tal como puede observarse en la Fig. 1 y en la Tabla 1, en la formación de espuma con SDS, el contenido de almidón catiónico retenido es mayor con una mayor densidad de espuma. En áreas de baja densidad de espuma, con una dosis de 40 kg/t (es decir, un contenido de almidón objetivo del 4%), el contenido de almidón retenido fue del 1% mientras que, en la densidad de espuma más elevada, fue del 1,7% con una dosis de coadyuvante de retención constante. En los experimentos, la dosis de almidón catiónico fue de 10, 20 o 40 kg/t (es decir, un contenido de almidón objetivo del 1%, 2% y 4%, respectivamente) (dosis marcada junto a cada símbolo), mientras que la cantidad retenida fue del 0,2% (peso/peso) al 1,0% para las muestras producidas a una densidad de espuma de 500 kg/m3 y del 1,7% y del 2,8% para las muestras producidas a una densidad de espuma de 700 kg/m3. La diferencia entre los dos últimos valores resulta en la dosificación química de retención: el contenido de almidón del 2,8% se consigue con una dosis de 550 g/t (ra alta) tanto de CPAM como de micropartículas, mientras que el contenido del 1,7% se consiguió con una dosis de 300 g/t (ra baja (dosis de coadyuvante de retención)), respectivamente. Estos resultados muestran que una manera de aumentar la resistencia a la delaminación con los aditivos de resistencia seleccionados puede incluir el uso de una mayor densidad de espuma y mayores dosis de productos químicos de retención.

Tabla 1: Los datos muestran el efecto de la densidad de almidón (Fd), el contenido de almidón catiónico, el contenido de fibra de refuerzo refinada (hrHW) y la dosis de coadyuvante de retención (ra) sobre la densidad de la lámina, la resistencia a la delaminación y la deformación residual en la dirección z. El componente principal de la pasta de papel era CTMP (de 620 a 650 ml de CSF) gruesa combinada con madera dura altamente refinada (hrHW) para generar una mayor resistencia.

La Fig. 2 muestra la resistencia a la delaminación para diferentes materiales producidos según la presente invención, en comparación con una muestra de referencia que no comprende la fracción de refuerzo de celulosa (es decir, 100% de CTMP). Estos experimentos demuestran que con la adición de una fracción de refuerzo de celulosa a las fibras celulósicas gruesas (en este caso, CTMP), la resistencia a la delaminación aumenta de aproximadamente 75 J/m2 a aproximadamente 120 J/m2. La adición de almidón catiónico como agente de resistencia en seco aumenta adicionalmente la resistencia a la delaminación a 125 J/m2. Al aumentar la densidad de la espuma (Fd) de 500 kg/m3 a 700 kg/m3, la resistencia a la delaminación aumentó a aproximadamente 160 J/m2. Al aumentar la cantidad de agente de retención (tanto CPAM como micropartículas) de 300 g/t a 550 g/t, la resistencia a la delaminación aumentó a aproximadamente 180 J/m2. Se generó una mejora adicional aumentando la carga de prensa en húmedo de 800 a 1.000 kN/m, y la resistencia a la delaminación alcanzó valores superiores a 200 J/m2. La carga de prensa en húmedo es una operación en la que el agua se elimina de la red de fibras mediante compresión mecánica. La presión de eliminación de agua está influenciada principalmente por la carga lineal (kN/m) que describe la fuerza aplicada por anchura de prensado (anchura en la dirección transversal).

Tal como puede observarse en la Fig. 3, una mayor densidad de espuma, debida a una retención de finos mejorada, contribuye a una mayor resistencia a la delaminación de una lámina del material de celulosa formada con espuma. Las adiciones de almidón catiónico usadas fueron del 1, 2 o 4% del flujo de sólidos secos (respectivamente a 10, 20 y 40 kg/t). Se muestra también que, en comparación con una densidad de espuma más baja (500 kg/m3), una mayor densidad de espuma (700 kg/m3) genera una mayor resistencia a la delaminación con una menor proporción de componente de fibra altamente refinada. De esta manera, se necesita menos hr cuando la densidad es mayor y la cantidad de coadyuvante de retención es alta, así como el contenido de almidón retenido.

La Fig. 4 muestra que la deformación residual en la dirección Z es menor para las láminas con mayor retención de finos (es decir, hrHW) (y almidón). Con MFC (que es un ejemplo de un material no según la invención, indicado mediante un diamante abierto), la deformación residual en la dirección Z fue significativamente mayor. Con la muestra que contenía MFC, la pasta de papel con fibra consistía en 60% de CTMP (CSF 600 ml), 20% de kraft de madera blanda no refinada y 12% de celulosa microfibrilada (MFC).

La Fig. 5 muestra los valores mini-Cobb 30 para los materiales de envasado producidos según la presente invención usando diferentes agentes de encolado. Se ha conseguido un encolado suficiente cuando el valor mini-Cobb 30 es menor de 50 g/m2 (la línea de puntos en el diagrama). Se conoce que los tensioactivos alteran el encolado de AKD. Además, la carga negativa del SDS neutraliza probablemente el AKD estabilizado catiónicamente. De esta manera, el SDS interfiere con la adsorción de partículas de AKD en las superficies de las fibras. Además, el producto AKD debe ser compatible con toda la química de formación de espuma. Por estas razones, el producto de AKD fue seleccionado cuidadosamente mediante extensos ensayos de laboratorio. Los ensayos se realizaron usando 600 ml de CTMP como pasta de papel con fibra. El sistema de retención (CPAM micropartícula) así como la adición de almidón catiónico promovieron el encolado y, junto con los mismos, el producto Fennosize KD 364 AKD alcanzó el nivel de encolado suficiente. De esta manera, un producto de AKD preferido tienen una alta cationicidad. La razón de la compatibilidad de Fennosize KD 364 y la química de formación de espuma podría ser la carga catiónica proporcionalmente elevada en el sistema de estabilización de AKD. El encolado se definió como exitoso cuando el valor mini-Cobb 30 era de 50 g/m2 o inferior (línea de puntos en la Fig. 5). Se encontró que un retardo más prolongado de AKD en la espuma reducía la eficacia del encolado y, de esta manera, el agente de encolado se alimentó a la espuma justo antes de la caja de entrada en la máquina piloto.

La Fig. 6 muestra un diagrama de flujo que ilustra una realización del método según la invención.

1: Aire

2: Tensioactivo

3: Fibra de celulosa (tal como CTMP gruesa)

4: Fracción de refuerzo de celulosa (tal como madera dura altamente refinada)

5: Generación de espuma, en una unidad separada (tal como un depósito)

6: Mezclado de material de fibra

7: Circulación de espuma

8: Flujo de alimentación de la caja de entrada

9: Distribución en un alambre de formación (caja de entrada)

10: Sección de formación

11: Prensado en húmedo

12: Secado

13: Material de fibra celulósica formado con espuma

14: Almidón catiónico

15: CPAM

16: Micropartícula

17: AKD

18: Como un sistema de retención alternativo en lugar de usar CPAM y micropartículas

18a: TA

18B: PEO

Generación de espuma: el tensioactivo y el gas (aire) se mezclan con agua, la densidad de la espuma dependerá de la cantidad de tensioactivo y de la energía de mezclado. Preparación de la pasta: los componentes de fibra se preparan hasta obtener el grado de deshidratación requerido (mediante refinado) y se mezclan en una pasta. Mezclado de espuma y pasta: se combinan la espuma y la pasta de fibra (espuma fibrosa). Flujo de alimentación de la caja de entrada: se bombea espuma fibrosa hacia la caja de entrada y los productos químicos necesarios se añaden al flujo de alimentación de la caja de entrada. Deshidratación, incluido el secado: la espuma se elimina en la sección de formación mediante el uso de cajas de succión y alambre de formación (las fibras se retienen en el alambre de formación mientras la espuma pasa a través del alambre y a la circulación de espuma), mediante compresión mecánica en prensado en húmedo y calentando la humedad de la plancha, por ejemplo, con cilindros de secado.

La Fig. 7a muestra esquemáticamente una sección transversal de un ejemplo de un material de envasado laminado. La capa (21) revestimiento decorativo exterior es una poliolefina, tal como un PE o PP adecuado o mezclas o copolímeros de los mismos. La capa exterior puede usarse para cubrir un patrón impreso, un orificio y/o debilitamiento (no mostrado en la Figura) que se proporciona en la capa (22) de alto volumen específico, cuya capa está dispuesta en un lado de la capa (21) exterior. Entre la capa (21) exterior y la capa (22) de alto volumen específico hay dispuesta una capa (27) de papel o de celulosa adicional. La capa (22) de alto volumen específico, en el lado opuesto a la capa exterior, tiene una capa (23) de laminado seleccionada de entre poliolefinas adecuadas, tales como PE o PP o mezclas o copolímeros de los mismos. La capa laminada proporciona adhesión a la barrera (24) contra el oxígeno, que está dispuesta en el lado opuesto de la capa (23) de laminado. La capa (24) de barrera proporciona la barrera deseada, tal como una barrera contra el oxígeno, la luz, el agua y el vapor, dependiendo de la necesidad específica determinada por el producto a envasar. La capa de barrera puede ser, por ejemplo, una lámina de aluminio o una película depositada por vapor, tal como una película metalizada o revestida por deposición de vapor, tal como una película revestida mediante PECVD (deposición química por vapor mejorada por plasma). En el lado opuesto a la capa laminada, se dispone un polímero (25) adhesivo sobre la capa de barrera. El adhesivo (25) puede aplicarse, por ejemplo, mediante revestimiento por extrusión. Cuando la capa de barrera es lámina de aluminio, el adhesivo podría ser un adhesivo de copolímero de etileno ácido (met) acrílico (E(M)AA) comercializado bajo el nombre comercial Primacor® o Nucrel®. En el lado opuesto a la capa de barrera, el adhesivo se proporciona con una capa (26) termosellable, tal como una poliolefina adecuada, tal como PE o PP o mezclas o copolímeros de los mismos. La capa termosellable es la capa que está orientada hacia el producto en el recipiente de envasado empaquetado terminado.

La Fig. 7b muestra esquemáticamente una sección transversal de un segundo ejemplo de un material de envasado laminado. La capa (21) exterior (que estará orientada hacia el exterior de un envase realizado en el material) es una poliolefina, tal como un PE o PP adecuado o mezclas o copolímeros de los mismos. La capa exterior puede usarse para proporcionar un revestimiento con un patrón impreso, un orificio y/o un debilitamiento (no mostrado en la figura) que se proporciona en una o más de las otras capas del laminado. En un lado de la capa exterior y adyacente a la misma, se dispone un papel (27) delgado con un peso superficial de aproximadamente 100 g/m2 o menos. La capa (27) de papel delgada se lamina a una capa (22) de alto volumen específico, opuesta a la capa exterior, mediante una capa (28) de unión exterior termoplástica, intermedia. La capa (28) de unión puede seleccionarse de entre poliolefinas adecuadas, tales como PE o PP o mezclas o copolímeros de los mismos. La capa (28) de unión une entre sí la capa (22) de celulosa de alto volumen específico y la capa (28) de papel delgada. La capa (22) de alto volumen específico se lamina adicionalmente a una capa (23) de laminado de polímero termoplástico, en el lado de la capa de alto volumen específico opuesto al lado laminado a la capa (28) de unión. La capa (23) de laminado proporciona adhesión a una capa (24) de barrera contra el oxígeno, que está dispuesta en el lado opuesto de la capa (23) de laminado. La capa (24) de barrera proporciona la barrera deseada, tal como una barrera contra el oxígeno, la luz, el agua y el vapor, dependiendo de la necesidad específica determinada por el producto a envasar. La capa de barrera puede ser, por ejemplo, una lámina de aluminio o una película depositada por vapor, tal como una película metalizada o revestida por deposición de vapor, tal como una película revestida con PECVD. En el lado opuesto a la capa de laminado, se dispone un polímero (25) adhesivo sobre la capa de barrera. El adhesivo (25) puede aplicarse, por ejemplo, mediante revestimiento por extrusión. Cuando la capa de barrera es una lámina de aluminio, el adhesivo podría ser un adhesivo de copolímero de etileno ácido (met) acrílico (E(M)AA) adecuado comercializado bajo el nombre comercial Primacor® o Nucrel®. En el lado opuesto a la capa de barrera, el adhesivo se proporciona con una capa (26) termosellable, tal como una poliolefina adecuada, tal como PE o PP o mezclas o copolímeros de los mismos. La capa termosellable es la capa que está orientada hacia el producto en el recipiente de envasado empaquetado terminado.

Un material de envasado según la presente invención puede ser un material de envasado laminado que comprende una capa de revestimiento de decoración termosellable, termoplástica, más exterior, que, en un lado de la capa, tiene una capa de alto volumen específico que comprende el material de fibra celulósica formado con espuma de la invención. cuya capa de alto volumen específico en el lado opuesto a la capa de revestimiento decorativa tiene una capa laminada, dicha capa laminada, en el lado opuesto a la capa de alto volumen específico tiene una barrera contra el oxígeno, y dicha barrera contra el oxígeno, en el lado opuesto a la capa laminada tiene una capa termosellable.

Además, un material de envasado laminado puede comprender una capa de alto volumen específico que tiene una densidad menor de 700 kg/m3 y que comprende material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención. El material de envasado comprende además una capa adicional dispuesta por medio de una capa de unión, tal como por ejemplo una capa de unión de polímero termoplástico, tal como una capa de unión de polímero o copolímero basado en poliolefina, en la que la capa de unión está dispuesta entre la capa de alto volumen específico y la capa adicional. La capa adicional tiene un patrón impreso decorativo dispuesto en el lado opuesto a la capa de unión. La capa de alto volumen específico está provista de una capa de barrera en el lado opuesto a la capa de unión.

Una capa de barrera puede estar provista de una capa termosellable en el lado opuesto a la capa de alto volumen específico. La capa más exterior que cubre el patrón decorativo impreso es una capa de poliolefina, tal como una capa de poliolefina termosellable más exterior destinada a estar en contacto con los alrededores de un recipiente de envasado, por ejemplo, polietileno de baja densidad (LDPE) o polipropileno. La capa termoplástica más exterior proporciona protección adicional, por ejemplo, resistencia a la humedad y resistencia al rayado/desgaste, y estabilidad al recipiente de envasado.

La Fig. 8 muestra el efecto de la cantidad de tensioactivo SDS sobre la turbidez (el valor es relativo a la cantidad de sólidos que pasaron a través del alambre de malla 100) para sistemas de retención diferentes. La pulpa contenía el 80% de pulpa quimiotermomecánica (CTMP) y el 20% de pulpa de madera dura altamente refinada (hrHW). La turbidez se midió usando un nefelómetro y el resultado se expresó como unidades nefelométricas de turbidez (NTU). Una alta turbidez significa baja retención. La turbidez fue la más alta (= retención más baja) cuando no se usaron coadyuvantes de retención (diamantes rellenos). La cantidad de tensioactivo (SDS) no tuvo ningún efecto sobre la turbidez en estos puntos de ensayo. Con una baja concentración de SDS, 0,1 - 0,2 g/l, el sistema CPAM MP (cuadrados rellenos) y el sistema PEO TA (triángulos rellenos) proporcionaron la misma retención. Sin embargo, cuando se aumentó el contenido de SDS, la retención se redujo (reflejada por una mayor turbidez) para el sistema CPAM MP y mejoró (reflejada por una disminución de la turbidez) para el sistema PEO TA. En el caso en el que el TA se añadió antes que el PEO (x), la retención fue la mejor y se mejoró adicionalmente aumentando el contenido de SDS. Los resultados mostraron que el sistema TA PEO no catiónico es muy eficiente en la formación de espuma, especialmente cuando el contenido de SDS es elevado.

Tal como puede observarse en la Fig. 9, el sistema TA PEO parece funcionar mejor que el sistema CPAM MP cuando la suspensión es sometida a fuerzas de cizallamiento elevadas. El experimento se realizó de manera similar al de la Fig. 2, pero el agitador 1 se colocó cerca del alambre 3 y el agitador 1 estuvo encendido a 1.000 rpm durante la filtración de la espuma.

A partir de la descripción anterior se deduce que, aunque se han descrito y mostrado varias realizaciones de la invención, la invención no está restringida a las mismas, sino que puede llevarse también a la práctica de otras maneras dentro del alcance del objeto definido en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de fabricación de un material de fibra celulósica formado con espuma, que comprende las etapas de: (a) proporcionar una espuma acuosa que comprende un gas dispersado como burbujas en una fase acuosa, en el que dicha fase acuosa comprende un tensioactivo;

(b) añadir fibras de celulosa a la espuma acuosa, formando de esta manera una composición de espuma fibrosa, en la que las fibras de celulosa se añaden como

- fibras celulósicas gruesas, seleccionadas de entre el grupo que consiste en fibras de pulpa mecánicas, químicomecánicas, termomecánicas, quimiotermomecánica (CTMP) y fibras de pulpa químicas semiquímicas al sulfito neutro (NSSC), en una cantidad del 85% al 97%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa, en el que las fibras celulósicas gruesas tienen un valor de valor de Norma Canadiense de Drenabilidad de 400-750 ml; y

- una fracción de refuerzo de celulosa en una cantidad del 3% al 15%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa, en el que la fracción de refuerzo de celulosa es un componente de fibra altamente refinado seleccionado de entre pulpa química altamente refinada que tiene un intervalo SR mayor de 80° SR y pulpa quimiotermomecánica altamente refinada (hrCTMP) que tiene un CSF menor de 70 ml;

(c) distribuir la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde;

(d) reducir la cantidad de agua en la composición de espuma fibrosa distribuida para obtener el material de fibra celulósica formado con espuma en su forma final.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la fracción de refuerzo de celulosa se ha tratado con un agente de resistencia en seco catiónico, en el que el agente de resistencia en seco catiónico se selecciona de entre el grupo que consiste en almidón catiónico (CS), poliacrilamida catiónica (CPAM), poliacrilamida glioxalada (GPAM) y poliaminoamida-epiclorhidrina (PAE).

3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el que la fracción de refuerzo de celulosa ha sido tratada con el método de multiestratificación de polielectrolitos (PEM), resultando en tres capas de polímero, en el que una primera capa de polímero sobre la fracción de refuerzo de celulosa es un polímero catiónico, tal como almidón catiónico (CS); una segunda capa de polímero sobre la fracción de refuerzo de celulosa es un polímero aniónico, tal como carboximetilcelulosa (CMC), almidón aniónico (AS) y poliacrilamida aniónica (APAM); y en el que una tercera capa de polímero sobre la fracción de refuerzo de celulosa es un polímero catiónico, tal como almidón catiónico (CS).

4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además la etapa de:

(e) mezclar las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa;

en el que la etapa de mezclado se realiza antes que la etapa (b).

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el tensioactivo es dodecil sulfato de sodio (SDS) o lauril éter sulfato de sodio (SLES).

6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además la etapa de:

(f) añadir un sistema de retención a la composición de espuma fibrosa obtenida en la etapa (b), en el que el sistema de retención comprende óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA).

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además la etapa de:

(g) realizar un encolado hidrófobo añadiendo dímero de alquilceteno (AKD), anhídrido alquil succínico (ASA) y/o encolado de colofonia directamente antes de la etapa (c).

8. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además la etapa de:

(h) realizar un encolado hidrófobo aplicando un agente de encolado mediante pulverización sobre la composición de espuma fibrosa distribuida obtenida en la etapa (c), en el que el agente de encolado comprende dímero de alquilceteno (AKD) y/o anhídrido alquilsuccínico (ASA).

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la densidad de la composición de espuma fibrosa a cuya cantidad de agua se desea reducir es de aproximadamente 600 - 750 kg/m3 y en el que el tamaño de burbuja medio es de 100 pm o menor.

10. Material de fibra celulósica formado con espuma que comprende fibras celulósicas gruesas, seleccionadas de entre el grupo que consiste en fibras de pulpa mecánicas, químico-mecánicas, termomecánicas, quimiotermomecánicas (CTMP) y fibras de pulpa químicas semiquímicas al sulfito neutro (NSSC), en una cantidad del 85% al 97% en peso de la cantidad total de fibras de celulosa y una fracción de refuerzo de celulosa en una cantidad del 3% al 15%, en peso de la cantidad total de fibras de celulosa, en el que las fibras celulósicas gruesas tienen un valor de Norma Canadiense de Drenabilidad de 400-750 ml, en el que la fracción de refuerzo de celulosa es un componente de fibra altamente refinado seleccionado de entre pulpa química altamente refinada que tiene un intervalo de SR mayor de 80° SR y pulpa quimiotermomecánica altamente refinada (hrCTMP) que tiene un CSF menor de 70 ml, y en el que el material formado con espuma tiene una densidad de 200 a 450 kg/m3.

11. Material de fibra celulósica formado con espuma según la reivindicación 10, en el que el material formado con espuma tiene una densidad de 250 a 350 kg/m3, más preferiblemente de 300 a 320 kg/m3.

12. Material de fibra celulósica formado con espuma según la reivindicación 10 u 11, en el que el material tiene una resistencia a la delaminación de al menos 100 J/m2, preferiblemente de al menos 140 J/m2 y más preferiblemente al menos de 170 J/m2.

13. Material de fibra celulósica formado con espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en el que el material tiene como máximo una densidad de 450 kg/m3.

14. Material de fibra celulósica formado con espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que el material tiene una relación de resistencia a la compresión MD/c D comprendida entre 1,3 y 4,0, preferiblemente entre 2,0 y 3,5, e incluso más preferiblemente entre 2,5 y 3,0.

15. Lámina de celulosa de alto volumen específico para un material de envasado, que comprende el material de fibra celulósica formado con espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, laminado o dispuesto en contacto de capa con una lámina adicional de un material de celulosa diferente.

16. Lámina de celulosa de alto volumen específico para un material de envasado según la reivindicación 15, en la que la lámina adicional de un material de celulosa diferente es un papel.

17. Material de envasado laminado que comprende un material de fibra celulósica formado con espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que el material de fibra celulósica formado con espuma está laminado a al menos una capa de polímero, tal como un polímero termoplástico, tal como una poliolefina.

18. Material de envasado laminado según la reivindicación 17, que comprende además una barrera contra el oxígeno.