MXPA96005820A - Material polimerico y su empleo en productos de multiples capas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un producto de múltiples capas para la producción de paquetes, este producto comprende una banda portadora (1), en una de cuyas caras se dispone un recubrimiento (2) de múltiples capas, el cual incluye una capa (b) a prueba de humedad y una capa (a) hermética al gas. La capa hermética al gas se compone de una mezcla de un copolímero de etileno/alcohol vinílico y un polímero polar de etileno. Esta capa a prueba de humedad es una poliolefina, preferiblemente una mezcla de polietileno y un polímero polar de etileno.

Description

MATERIAL POLIMÉRICOY SU EMPLEO EN PRODUCTOS DE MÚLTIPLES CAPAS La invención se refiere a un material de paquetes, el cual tiene buenas propiedades de barrera, frente a frente, a los gases y la humedad. La invención además se refiere a un material polimérico el cual se usa como una capa hermética al gas en tales paquetes y además se refiere a productos de múltiples capas en los cuales se usa dicho polímero. Los productos alimenticios líquidos, tal como los jugos, que son sensibles a la oxidación, son, en general, empacados en paquetes para la venta hechos de cartón laminado. A través de la selección del material de paquete, se han hecho esfuerzos para suministrar una buena protección química y mecánica del producto y para que el material tenga suficiente firmeza en su configuración y también sea fácil de manejar. En la actualidad se usa un material de paquete cuya parte estructural consiste de cartón o papel, el cual es suficientemente firme pero, no obstante, flexible, de modo que se pueda formar un paquete de la configuración deseada. Para proteger el material estructural del líquido y otra humedad, se recubre con un plástico, usualmente el polietileno. Sin embargo, la permeabilidad al oxígeno del polieti-leño y el cartón es alta y, por lo tanto, el producto se estropeará muy rápidamente si no se agrega una capa hermética al gas al paquete. La capa hermética al gas usada convencio-nalmente ha sido una hoja de aluminio unida al cartón. Otra alternativa ha sido un polímero de barrera de gas, tal como el copolímero de etileno/alcohol vinílico (EVOH) . El propósito de la capa hermética al gas es impedir el acceso del oxígeno dentro del producto y así, por ejemplo, mantener un alto nivel de la vitamina C en el producto. Durante algún tiempo, se han hecho intentos para eliminar las hojas de aluminio, por ejemplo por razones de la protección ambiental, pero también debido a su pobre capacidad de manejo. Asimismo, la capa de aluminio se rompe fácilmente. La patente de Finlandia FI89567 describe una estructura de barrera en la cual se usa un copolímero de etileno/alcohol vinílico. Tales estructuras, en la misma manera como cuando se usa el aluminio, contienen usualmente, además de la banda portadora (polietileno + cartón) , al menos cinco capas: polietileno / cartón / polietileno / plástico de adhesión / polímero de EVOH hermético al gas / plástico de adhesión / polietileno. Por supuesto, la estructura de capas múltiples también aumenta el precio del paquete y hace su fabricación complicada. Asimismo, el polímero hermético al gas por sí mismo es costoso.

La patente EP 423511 busca una solución en la cual cantidades menores del EVOH sean suficientes. En ella se una una mezcla del EVOH y el polietileno, en que la cantidad del polietileno es a lo sumo del 80%, pero preferiblemente el 40% como máximo. La capa de EVOH / PE en el interior del paquete sirve principalmente como una capa a prueba de aromas y, si también se desea una capa hermética al gas (hermeticidad al oxígeno) , se agrega una segunda capa de EVOH/PE o alguna otra capa hermética al oxígeno, con capas de plástico de adhesión en ambos costados. En este aso, el número de capas es de cuatro, además de la banda portadora. Un objeto de la presente invención es suministrar un producto de múltiples capas por medio del cual se puedan eliminar las desventajas de la técnica anterior. Cuando se usan los polímeros de acuerdo con la invención, el número de capas se puede reducir desde el número convencional, el cual es usualmente de cinco, además de la banda portadora, puesto que no es necesaria una capa de plástico de adhesión separada. Se ha observado, sorprendentemente, que si una mezcla de un polímero hermético al gas, conocido comúnmente, es decir un copolímero de etileno/alcohol vinílico (EVOH) , y un polímero polar de etileno se usa en la capa hermética al gas, esta capa tiene buenas propiedades de adhesión y se puede sellar por calor, se puede eliminar la capa de plástico de adhesión.

En el sistema, de acuerdo con la invención, la capa hermética al gas contiene un polímero polar de etileno en una cantidad del 5 al 60%, preferiblemente del 15 al 40%. El polímero polar puede ser un copolímero de etileno y éster acrílico, tal como el copolímero de etileno/acrilato de etilo (E/EA) , copolímero de etileno/acrilato de butilo (E/BA) , copolímero de etileno/acrilato de metilo (E/MA) , copolímero de etileno/acetato de vinilo, o un copolímero de etileno y ácido (met) acrílico (E/EA, E/MAA) . El polímero polar puede también ser una poliolefina modificada con anhídrido o ácido, en cuyo caso el ácido (anhídrido) usado puede ser, por ejemplo, el ácido (anhídrido) maléico, fumárico o itacónico. Asimismo, el polímero polar puede también ser un terpolímero, tal como un terpolímero de etileno, ácido metil-acrílico y ácido butil-acrílico (E/MAA/BA) o un copolímero de etileno, éster acrílico y anhídrido maléico. El peso básico del polímero hermético al gas es típicamente de 1-20 g/m2, preferiblemente de 2-10 g/m2. Se pueden obtener muchas ventajas usando, en lugar del copolímero de etileno/alcohol vinílico, una mezcla de éste y un polímero polar de etileno. La mezcla del polímero también sirve como una buena capa de barrera al oxígeno, cuando está al interior de una estructura co-extruida, en la misma manera como lo hace el EVOH solo. Cuando la capa hecha de la mezcla del polímero está sobre la superficie interna de la estructura del paquete, también se logra una buena resistencia a aromas. En comparación con un mero polímero de etileno/alcohol vinílico, se logra una menor tendencia a la formación de ampollas y una resistencia mayor al calor y la humedad. Puesto que el componente en la mezcla de polímeros es polar, como una consecuencia de las mejores propiedades de sellado, se logran buenas propiedades de pegajosidad en caliente y mejores propiedades de adhesión, usando un polímero puro. Como resultado, el uso de una capa de plástico de adhesión separada, se puede abandonar. Asimismo, la procesa-bilidad de la mezcla del polímero es mejor y se puede usar un menor espesor de la capa. Las poliolefinas, preferiblemente el polietileno, el cual pueden ser cualquier polietileno (LD, HD, LLD, VLD, etc.) se usan como una capa a prueba de humedad, preferiblemente, se agrega un polímero polar seleccionado del mismo grupo como los polímeros en la mezcla de ellos herméticos al gas al polietileno, en una cantidad del 2 al 50%, preferiblemente del 20 al 30%. Por esta adición, se asegura una buena adhesión de las capas entre sí, ya que se obtiene buena buena resistencia del sello a temperaturas menores de sellado. Asimismo, es menor la tendencia a formar ampollar. La resistencia a la formación de fisuras por la tensión ambiental (ESCR) , el régimen de transmisión del vapor de agua (WVTR) y las fricciones, son más fáciles de controlar. La resistencia al desgaste es también mejor, especialmente si se usa el polietileno de alta densidad (HD) o lineal (LLD) y, consecuentemente, no se formará el polvo de plástico en las líneas de fabricación rápidas de paquetes y las preformas viajarán más suavemente en las líneas. El polímero polar se puede mezclar con el polímero de etileno/alcohol vinílico y, respectivamente, con la poliolefina, por cualquier técnica convencional de mezclado. Se puede usar o la mezcla en forma fundida o en seco. La banda portadora puede ser cualquiera que se pueda recubrir, pero una combinación del cartón y el polietileno es altamente adecuada para paquetes de líquidos. Las otras capas se unen típicamente a la banda portadora por el recubrimiento de co-extrusión. El número de capas colocado en un costado de la banda portadora y su orden mutuo, puede ser variado de acuerdo con la aplicación y, en particular, de acuerdo con los requerimientos ajustados para el producto que se va a empacar. Con números menores de capas, el precio de la estructura de múltiples capas, es decir el material de empaque, será considerablemente menor. De acuerdo con la presente invención, la co-extrusión de 2 capas, en lugar de la co-extrusión previa de 5 capas, será suficiente para muchas aplicaciones. Debido al número menor de capas, se mejorará considerablemente la capacidad de la formación de la pulpa, y la tendencia a la formación de ampollas en la etapa de sellado de calor será nula. La capacidad mejorada de la formación de pulpa se debe ante todo al hecho que una capa de EVOH/PR unida directamente al cartón, se desprende más fácilmente de este cartón en comparación con una capa de plástico de adhesión. En consecuencia a la formación más fácil de pulpa, el reciclado del material será más sencillo. Dependiendo de la aplicación, la capa (a) hermética al gas y la capa (b) a prueba de humedad, pueden estar en diferentes órdenes sobre la banda del portador: a-b, b-a, a-a, a-b-a. El orden depende del producto que se va a empacar, es decir si la protección al ambiente es específicamente necesaria contra la permeabilidad de la humedad, oxígeno, substancias aromáticas, etc. La invención se describe más detalladamente con la ayuda de los siguientes ejemplos. Ejemplo 1 Se preparó un plástico hermético al gas, mezclando una cantidad del 80% del copolímero de etileno/alcohol vinílico, EVOH (44% de etileno) , fabricado por Du Pont con el nombre comercial de Selar OH 4416, con una cantidad del 20% del copolímero de etileno/acrilato de etilo, EEA, fabricado por Borealis con el nombre comercial NCPE 5860. La mezcla se realizó en un extrusor de tornillo doble Berstoff (F = 40 mm) .

Una banda portadora (15 g/m2 del PE-LD y 300 g/m2 de cartón) se recubrió por co-extrusión sobre una línea piloto Beloit con una recubrimiento de capa doble, en la cual la capa hermética al gas consistió de 10 g/m2 de (EVOH + EA) y una capa a prueba de humedad que consistió de 30 g/m2 de polietileno de baja densidad, PE-LD, fabricado por Borealis Polymers Oy con el nombre comercial de NCPE7518. Así había únicamente dos capas además de la banda portadora. La permeabilidad al oxígeno del material fue de 6 cm3/m2 durante 24 horas, a una temperatura de 23SC y una humedad relativa del 50%. La permeabilidad al oxigeno de una estructura de 5 capas convencional, correspondiente, fue de 4 cm3 /m2 durante 24 horas. Las capas de la estructura convencional fueron: banda portadora de 15 g/m2 del PE-LD y 300 g/m2 de cartón, y sobre la parte superior de ella un recubrimiento de coextrusión de 5 capas, que consta de 20 g/m2 del PE-LD, 6 g/m2 del polímero de adhesión, 10 g/m2 de EVOH, plástico de adhesión 6 g/m2 y PE-LD 20 g/m2 (Figura 1). El polímero de adhesión usado fue el polietileno modificado con el anhídrido maléico, nombre comercial de NCPE 0470, fabricado por Borealis Polymers Oy. El ahorro del material en la estructura, de acuerdo con la invención, es considerable, en comparación con las estructuras tradicionales, y la hermeticidad al gas es substancialmente del mismo nivel. La estructura, de acuerdo con la invención, se muestra en la Figura 2. Ejemplo 2 Se preparó un plástico hermético al gas, mezclando una cantidad del 80% del copolímero de etileno/alcohol vinílico, EVOH (38% de etileno) , fabricado por Kuraray y con nombre comercial de EVAL 101H, con una cantidad del 20% de polietileno modificado con ácido maléico, fabricado por Borealis Polymers Oy con el nombre comercial de NCPE 0470. La mezcla se llevó a cabo en la misma manera como en el Ejemplo 1. Una banda portadora se recubrió por co-extrusión de la misma manera como en el Ejemplo 1, pero el espesor de la capa hermética al gas fue sólo de 6 g/m2. La permeabilidad al oxígeno fue de 3 cm3/m2 durante 24 horas, a 23se y 50% de humedad relativa. En materiales de múltiples capas, a menudo ha sido un problema la formación de ampollas durante el sellado. La tendencia a la formación de ampollas de este producto, de acuerdo con el Ejemplo 2, fue 50% menor que aquélla del producto de control, según la Figura 1.

Ejemplo 3 Para llevar al máximo la adhesión interna y capacidad selladora, se usó un polietileno modificado también como la capa de polietileno (PE-LD) . Una cantidad del 25% del polietileno modificado con anhídrido, NCPE 0470, y una cantidad del 75% del PE-LD, NCPE 7518, se mezclaron. Los espesores de las capas fueron los mismos como en el Ejemplo 2. Como una consecuencia, la adhesión as la capa hermética al gas y las propiedades de sellado por calor se mejoraron ulteriormente. La tendencia a la formación de ampollas también disminuyó. Ejemplo 4 Con el fin de lograr la impermeabilidad a prueba de aromas y la hermeticidad al sabor de aceite etéreos, se preparó una estructura de acuerdo con el Ejemplo 4, pero se agregó una capa superficial similar a la capa hermética al gas a ella (Figura 3) . Tal estructura tuvo muy buenas propiedades pero, no obstante, además de la banda portadora, tenía sólo tres capas en lugar de las cinco tradicionales. Ejemplo 5 Con el fin de mejorar más las propiedades de sellado y la hermeticidad al agua de una capa que va contra el producto, se optimaron las proporciones de mezcla de la capa (a) hermética al gas. Se preparó un plástico hermético al gas mezclando una cantidad del 60% del copolímero de etileno/alcohol vinílico, fabricado por Du Pont con el nombre comercial de SELAR OH 4416, y una cantidad del 40% de polietileno modificado con el ácido maléico, fabricado por Borealis Polymers Oy con el nombre comercial de NCPE 0470. La mezcla se llevó a cabo como en el Ejemplo 1. Se preparó una película de 40 µm de espesor de la mezcla. La permeabilidad de la película al oxígeno fue de 1.3 cm3/m2 durante 24 horas, a 23BC y 50% de humedad relativa. La permeabilidad al oxígeno de la película del mismo espesor, obtenida del copolímero de etileno/alcohol vinílico puro, fue e 0.3 cm3/m2 durante 24 horas, a 23OC y 50% de humedad relativa. Si una mezcla hermética al gas, tal como esta, en la cual la relación de los polímeros es de 60/40, se usa en una estructura en capas a-b-a, es decir hay dos capas her é-ticas al gas, se logran buenas propiedades de hermeticidad al gas y a prueba de aromas, y la capacidad de proceso de la mezcla hermética al gas es considerablemente mejor que aquélla del etileno/alcohol vinílico puro. La tendencia a la formación de ampollas fue muy baja. Ejemplo 6 Por el uso de las mezclas de polímeros de acuerdo con la invención, a resistencia de la masa fundida de la capa hermética al gas se puede mejorar substancialmente y la denominada tendencia a la formación de ampollas de la estruc-tura se reduce. La tendencia a la formación de ampollas se midió usando un dispositivo desarrollado especialmente para tal fin, en el cual se usa el soplado de aire caliente. La muestra que se va a probar se une a un soporte, el cual hace un movimiento recíproco a velocidad constante bajo el soplado de aire caliente. La distancia desde el soplador a la muestra es de 7 mm, y la temperatura del aire caliente es de 3502C. El soplado causa la fusión del plástico. La muestra resistirá sin fundirse bajo el aire caliente por un número de movimientos recíprocos, que cuanto mayores, mejor será la resistencia a la muestra a la formación de ampollas. El dispositivo de prueba se correlaciona claramente con los resultados en la práctica en las máquinas empacado-ras, donde también se usa el aire caliente para el sellado. La Tabla 1 muestra los resultados de la prueba de formación de ampollas para el material de control, de acuerdo con la Figura 1, y para materiales de acuerdo con los Ejemplos 3 y 5. El número indica la cantidad de oscilaciones recíprocas. La tendencia a la formación de ampollas de las estructuras, de acuerdo con la invención, es considerablemente menor que aquélla de la estructura de control.

Tabla 1 — Pruebas de Formación de Ampollas en un Dispositivo de Soplado de Aire Caliente U = sin romper V = muy pocos orificios F = pocos orificios Como se puede ver de los ejemplos anteriores, por el uso de mezclas de polímeros herméticos al gas y a prueba de humedad, de acuerdo con la invención, se pueden lograr ahorros considerables de material y se pueden usar técnicas de fabricación más sencillas y, no obstante, la permeabilidad y otras propiedades obtenidas para el paquete serán al menos tan buenas como aquéllas logradas con alternativas convencio- nales. La capacidad del proceso de la mezcla de EVOH/PE es mejor que aquélla del EVOH puro, lo cual se debe a la mejor resistencia a la fusión de la mezcla. Consecuentemente, será suficiente una capa hermética al gas más delgada que la convencional.

Claims (19)

1. REIVINDICACIONES 1. Un producto de múltiples capas, para la producción de paquetes, este producto tiene propiedades especiales de hermeticidad y comprende una banda portadora, en una de sus caras se dispone un recubrimiento de múltiples capas firme, caracterizado porque este recubrimiento incluye, dispuesto una sobre otra, una capa (b) a prueba de la humedad y una capa (a) hermética al gas, compuesta de una mezcla de un copolimero de etileno/alcohol vinílico y un polímero polar de etileno.
2. 2. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el polímero polar en la capa (a) hermética al gas es un copolímero de etileno y un éster acrílico, un copolímero de etileno y el acetato de vinilo o un copolímero de etileno y el ácido (met) acrílico.
3. 3. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el éster acrílico se selecciona del grupo del acrilato de etilo, acrilato de butilo y acrilato de metilo.
4. 4. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el polímero polar en la capa hermética al gas, es una poliolefina modificada con un ácido carboxílico o un anhídrido carboxílico.
5. 5. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque es un polietileno modificado con el anhídrido maléico.
6. 6. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el polímero polar en la capa hermética al gas es un copolímero de etileno, éster acrílico y ácido o anhídrido carboxílico, tal como el terpolímero de etileno/acrilato de butilo/ácido metacrílico.
7. 7. Una capa hermética al gas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de etileno en el copolímero de etileno/alcohol vinílico, es del 20 al 50%.
8. 8. Una capa hermética al gas, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la mezcla contiene el polímero polar en una cantidad del 5 al 60%.
9. 9. Una capa hermética al gas, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el peso básico de la capa es de 1 a 20 g/m2 , preferiblemente 2 a 10 g/m2.
10. 10. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa (b) a prueba de humedad es una poliolefina.
11. 11. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la capa (b) a prueba de humedad es el polietileno.
12. 12. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la capa (b) a prueba de humedad es una mezcla del polietileno y un polímero polar de etileno.
13. 13. Una capa a prueba de humedad, de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el polímero polar está de acuerdo con las reivindicaciones 2 a 6.
14. 14. Una capa a prueba de humedad, de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 13,, caracterizada porque la cantidad del polímero polar es del 2 al 50%, preferiblemente del 20 al 30%.
15. 15. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las capas están sobre la parte superior de la banda portadora, en el orden de a-b.
16. 16. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las capas están sobre la parte superior de la banda portadora, en el orden de b-a.
17. 17. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la incluye adicionalmente una tercera capa superficial.
18. 18. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque la tercera capa superficial es una capa hermética al gas (a-b-a) .
19. 19. Un producto de múltiples capas, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se hace el recubrimiento de múltiples capas por un recubrimiento de co-extrusión.