ES2197948T3 - Metodo para producir un material laminado para embalaje con propiedades barrera. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION ESTA RELACIONADA CON UN METODO PARA FIJAR UNA CAPA IMPERMEABLE A UNA CAPA ADYACENTE DE LAMINADO EN UN MATERIAL PARA ENVASADO. LA FIJACION SE EFECTUA ALCANZANDO UNA ADHESION PARCIAL EN UN PRIMER PASO QUE SE COMPLETA POR MEDIO DE TRATAMIENTO TERMICO EN UN PASO POSTERIOR.

Description

Método para producir un material laminado para embalaje con propiedades barrera.

La presente invención se refiere a un método para la fijación de dos capas adyacentes entre sí en un material de embalaje, más específicamente para la fijación de una capa barrera a una capa adyacente de material laminado en un material de embalaje.

Un material de embalaje laminado, en la forma de un material laminado para embalaje que tiene una capa base de papel o cartón, que da resistencia y estabilidad dimensional al recipiente, se ha utilizado durante mucho tiempo dentro de la industria del embalaje. La capa base en estos materiales laminados para embalaje conocidos es, a menudo, muy gruesa y confiere así al recipiente buena resistencia mecánica y estabilidad dimensional. Por otro lado, capas termoplásticas externas dan como resultado un recipiente impermeable a los líquidos, mientras que al mismo tiempo hacen posible convertir el material de embalaje en recipientes, por medio de lo que se denomina termosellado, en los que capas termoplásticas enfrentadas entre sí se llevan a fusión en superficie entre sí, mientras se les suministra calor y presión, para formar juntas sellantes impermeables a los líquidos y mecánicamente resistentes.

Un material laminado para embalaje que comprende sólo una capa base y polietileno tiene buenas propiedades mecánicas y buenas propiedades sellantes frente a la humedad y los líquidos, pero prácticamente carece por completo de propiedades barrera. A este respecto, una capa barrera significa una capa de material laminado con buenas propiedades barrera frente a la luz, gases y/o agentes aromatizantes.

Para poder utilizar el material laminado para embalaje en recipientes para, por ejemplo, productos sensibles a la luz, el material laminado tiene que complementarse, por tanto, con al menos una capa adicional de un material con propiedades barrera frente a la luz. En recipientes para alimentos líquidos, tales como zumo, vino y aceite comestible, se requiere un material de embalaje que tenga buenas propiedades barrera frente a los gases. Una capa barrera frente a los gases utilizada a menudo es una lámina metálica delgada de aluminio que se aplica contra una cara de la capa base. Una lámina metálica de Al es en sí misma completamente impermeable al oxígeno y también tiene otras valiosas propiedades barrera, valiosas para el producto de relleno, por ejemplo la impermeabilidad a la luz, mientras que al mismo tiempo es posible conseguir uniones impermeables y resistentes mecánicamente del material mediante calentamiento inductivo durante la conversión del material en recipientes. Además, una lámina metálica de Al aplicada contra el interior del material laminado debe recubrirse con una o varias capas de plástico, normalmente polietileno, para evitar el contacto entre la lámina metálica de aluminio y éste último sobre el alimento cargado. A menudo, la capa barrera no puede unirse directamente a la capa base, sino que en su lugar una buena adhesión requiere una o varias capas de unión intermedias.

Una lámina metálica de Al no es sólo un material caro, sino que los materiales de embalaje conocidos que contienen aluminio tienen varios inconvenientes serios. Estos dependen en gran medida, y en ciertos casos por completo, del hecho de que la lámina metálica de Al utilizada como capa barrera, debido a su baja capacidad de estiramiento, a menudo se rompe en áreas especialmente vulnerables del material durante la fabricación de los recipientes y de ese modo afecta a la impermeabilidad del recipiente terminado. Estos materiales de embalaje conocidos también tienen inconvenientes producidos al empaparse las capas de papel o cartón, que rápidamente pierden sus propiedades de resistencia mecánica y hacen que el recipiente sea endeble y difícil de manejar cuando se expone a líquidos o a la humedad. Además, la capa de papel o cartón debe fabricarse relativamente gruesa para dar al recipiente una rigidez dimensional necesaria, que contribuye al aumento de carga de material y por tanto, al riesgo de la formación de grietas en la lámina metálica de Al durante la fabricación de los recipientes.

Cuando se fabrican recipientes del tipo descrito anteriormente, el material de embalaje se somete, a menudo, a tensiones que se vuelven especialmente grandes cuando se dobla el material, puesto que un doblado da como resultado tiranteces en el material debido al grosor comparativamente grande de la capa base. Si el material comprende además una capa barrera que, comparada con los recubrimientos de plástico, tiene una resistencia a la tracción relativamente pequeña, el material puede entonces romperse fácilmente en el doblado del material.

El problema empeora cuando el material tiene que doblarse a lo largo de dos líneas de pliegue que se cortan (denominado como cruce). A menudo, este es el caso con respecto a las áreas de sellado externas que siempre están presentes en este tipo de recipientes (material flexible en forma de una lámina o un material en rollo concebido para la fabricación de un recipiente para embalaje impermeable a los líquidos con buena rigidez dimensional) independientemente de que se fabrique a partir de un rollo o a partir de piezas en bruto prefabricadas.

Cuando se forman recipientes paralelepipédicos, el grosor del material ascenderá, en ciertas áreas del recipiente, a seis veces el grosor del material laminado. Las capas más externas del material se someterán entonces a tensiones de tracción muy elevadas con estiramientos adjuntos y riesgos aumentados de rupturas en el material barrera relacionados.

Un material barrera en forma de lámina metálica de aluminio es prácticamente tan poco extensible que no puede soportar, con seguridad garantizada, estas tensiones de tracción a las que está sometido el material de embalaje durante la fabricación de los recipientes. Por tanto, en las áreas especialmente vulnerables mencionadas anteriormente, las tensiones de tracción sobre la lámina metálica de Al son, a menudo, tan grandes que la lámina metálica de Al se agrieta o se rompe con la pérdida mencionada anteriormente de impermeabilidad y el riesgo de fugas como consecuencia en el recipiente terminado. El problema, que en parte está relacionado con el grosor de la lámina metálica de Al y que en cierta medida se puede vencer haciendo la lámina metálica de Al más gruesa, es debido al hecho de que la lámina metálica de Al, junto con otras capas dispuestas en el exterior de la lámina metálica de Al, determinado a partir de la dirección de doblado del material, se fuerzan a pasar una distancia más larga que la longitud correspondiente de la lámina metálica de Al y de dicha capa externa en un estado no doblado plano, respectivamente. Por tanto, la lámina metálica de Al, junto con estas capas externas, debe someterse a fuerzas tractoras correspondientes a las requeridas para estirar las capas del material la ``distancia excedente'' que se produce por el doblado. Las capas de plástico dispuestas en el exterior de la lámina metálica de Al normalmente son lo suficientemente elásticas para estirarse la distancia de doblado de más, mientras que la lámina metálica de Al, por el contrario, sólo tiene una pequeña capacidad para estirarse y, por tanto, a menudo se agrieta o se rompe cuando se doblan capas dobles o múltiples de material a lo largo de dos direcciones de doblado que se cortan, cuando se dispone la lámina metálica de Al sobre la cara de una capa base que se opone a la dirección de doblado.

Por tanto, los materiales de embalaje descritos anteriormente tienen serios inconvenientes, y se requieren enormemente nuevos materiales y métodos para eliminar el riesgo de formaciones de grietas o daños de fugas similares.

Un método para evitar las rupturas y formaciones de grietas en la lámina metálica de Al ha consistido en reducir localmente el grosor de la capa base eliminando material a través de molienda o molturación en tales áreas de riesgo, para llevar la lámina metálica de Al más cerca del centro de doblado con el fin de reducir las tensiones de tracción sobre la lámina metálica de Al. Es cierto que esta solución funciona bien en la práctica y hace posible fabricar recipientes doblados con buenas propiedades de impermeabilidad a los gases, pero al mismo tiempo significa una fuerte pérdida de material y a este respecto, costes elevados de materiales.

Otro método conocido para resolver el problema de la formación de grietas ha consistido en el control del doblado del recipiente por medio de un número adecuado de líneas de pliegue en el material de embalaje, de tal forma que el doblado del material se pueda hacer de forma menos tensa para la lámina metálica de Al. Sin embargo, esta solución ha demostrado ser muy difícil de conseguir en la práctica.

Un tercer método conocido consiste en dejar que las fuerzas tractoras a las que está expuesta la lámina metálica de Al sean recibidas por una capa de unión situada dentro de la capa barrera, estando esta capa comprimida, como consecuencia. Sin embargo, este método tiene el inconveniente de que el material de embalaje es considerablemente grueso, y se acentúan los problemas en las áreas dobles o múltiples mencionadas anteriormente.

El fin de esta invención es proporcionar un método del tipo mencionado anteriormente que permita la fabricación de recipientes doblados con buenas propiedades barrera a partir de un material laminado para embalaje.

Para lograr este fin, el método según la invención tiene los rasgos caracterizadores de la reivindicación 1.

Aparte de otras capas usuales, el material laminado para embalaje según la invención tiene una capa barrera que da hacia el interior del recipiente para embalaje contemplado. La capa barrera puede construirse para proporcionar una barrera frente a la luz, los aromas y/o gases. Se puede fabricar de un material inorgánico, tal como aluminio (lámina metálica de Al), un recubrimiento de óxido de aluminio y un recubrimiento de sílice. Tal capa barrera normalmente se forma como una capa delgada, preferiblemente de hasta un grosor de 25 \mum. Sin embargo, la capa inorgánica también puede ser considerablemente más gruesa, es decir, de más de 25 \mum de grosor.

Alternativamente, la capa barrera puede comprender un material sustancialmente orgánico, tal como copolímero de etileno/alcohol vinílico (EVOH), alcohol polivinílico, propileno metalizado (normalmente con aluminio) orientado o poliéster metalizado (normalmente con aluminio) orientado, siendo el poliéster, por ejemplo, tereftalato de polietileno.

Según la invención, la capa barrera se recubre con una capa adyacente de material laminado. Preferiblemente, esta capa consiste en un plástico adhesivo, por ejemplo polipropileno, que se modifica químicamente con anhídrido maleico o ácido acrílico. La adhesión de la capa de material laminado se puede mejorar, mediante una técnica conocida, por medio de lo que se denomina tratamiento por medio de corona o tratamiento con ozono.

Una capa de preparación como capa de material laminado puede ser una macromolécula, por ejemplo una capa de preparación de poliuretano, una resina epoxídica, una capa de preparación de acrilato o una capa de preparación que se endurece mediante exposición al UV o a haces electrónicos. La capa de material laminado también puede ser una laca. A este respecto, una laca significa un líquido no pigmentado con una sustancia orgánica filmógena que puede ser una resina natural, una resina sintética o un aceite.

También se puede incorporar a la misma un iniciador para la reacción química en cadena que endurece la laca. También puede endurecerse la laca de otras formas, por ejemplo, mediante irradiación, preferiblemente por exposición a electrones.

La capa de material laminado se dispone preferiblemente como una película interna para evitar el contacto entre la capa barrera y ésta última en el material de carga embalado. La capa de material laminado también puede aplicarse, por supuesto, sobre aquella cara de la capa barrera que da al recipiente o sobre ambas caras de la capa barrera.

Según la invención, la capa de material laminado se fija, en primer lugar, a una cara libre de la capa barrera, y como resultado se logra una adhesión entre ambas capas, que se vuelve lo suficientemente fuerte como para que el material laminado para embalaje pueda soportar aquellas tensiones a las que está sometido el material durante la fabricación de los recipientes. Al mismo tiempo, la adhesión tiene que ser tan pequeña que el material laminado para embalaje no esté sometido a las tensiones y tiranteces mencionadas anteriormente en el material, que se vuelven particularmente grandes durante el doblado, termoconformado u otro tratamiento mecánico del material.

Se puede conseguir la adhesión mediante pegado, termolaminación o extrusión. Cuando se utiliza pegado, el pegamento (disuelto en agua o en un disolvente orgánico) se aplica sobre una de las capas que se seca entonces y se presiona contra la otra capa. La capa de material laminado puede suministrarse también como una película de pegamento en forma de las macromoléculas mencionadas anteriormente, disueltas o dispersas en un disolvente, evaporándose entonces el disolvente o el agente dispersante, respectivamente. Mediante un material adecuado en la capa de material laminado, así como un disolvente o agente dispersante, se puede adaptar la adhesión de tal forma que será suficiente para un conformado adicional del material laminado para embalaje hasta dar un recipiente más o menos terminado. La adhesión por pegado se controla preferiblemente variando la velocidad de la banda de material laminado a través de un horno de secado.

Las dos capas del material laminado se pueden adherir también entre sí mediante recubrimiento por extrusión, es decir, una de las capas se recubre por extrusión sobre la otra cuando todavía está fundida, o cuando sea apropiado, mediante coextrusión, es decir las dos capas se extruyen al mismo tiempo. El procedimiento es bien conocido por una persona experta en la técnica. En este caso, la adhesión se controla mediante la velocidad de la banda de material laminado.

Tras la eliminación de las tensiones y tiranteces mencionadas anteriormente en el material laminado para embalaje mediante un tratamiento adicional del mismo, se completa la fijación por medio de la adhesión descrita anteriormente. Esto puede conseguirse mediante tratamiento térmico por medio de calor húmedo así como seco. Cuando se realiza la adhesión por medio de pegado, se prefiere calor seco y cuando se realiza la adhesión por medio de extrusión, se prefiere calor húmedo, preferiblemente por medio de tratamiento en autoclave.

El riesgo de formación de grietas en el material laminado para embalaje, principalmente en su capa barrera, aumenta con una adhesión más fuerte a la capa de material laminado. Por tanto, es una ventaja poder formar y doblar un recipiente con las propiedades de impermeabilidad deseadas para el producto en cuestión, mientras que la adhesión al material laminado predispuesto al agrietamiento es todavía baja. En una finalización posterior de la fijación, el recipiente puede cerrarse en su forma final por medio de una fuerte adhesión.

La fijación parcial mediante adhesión en una primera etapa y su finalización mediante tratamiento térmico en una etapa posterior depende, por supuesto, del material de la capa barrera así como del material de la capa de material laminado. Durante la extrusión por medio de una técnica conocida, el procedimiento se ajusta de tal forma que la capa de material laminado no alcance una cierta temperatura que depende del componente extruio para la capa. Esto se puede lograr cambiando la velocidad de extrusión y/o la temperatura de extrusión. Por tanto, la capa de material laminado se aplica como una masa fundida caliente que rápidamente se une tras el enfriamiento de las capas.

Por ejemplo, cuando se extruye un plástico adhesivo en forma de polipropileno modificado como capa de material laminado sobre una capa barrera de una lámina metálica de aluminio, se ajusta la extrusión de tal forma que el plástico funda, lo que da como resultado que sólo se logra una adhesión relativamente débil. Entonces, la fijación se completa elevando la temperatura durante un periodo variable. A la vez, se puede aplicar una presión sobre el material de embalaje, pero esto no siempre es necesario. A este respecto, se utiliza preferiblemente un autoclave. Sin embargo, también es aplicable un horno.

Cuando se utiliza un procedimiento de fijación tal como se describió anteriormente, se logra una adhesión entre la capa barrera y la capa de material laminado tras la extrusión, que debe encontrarse dentro del intervalo de adhesión de 100 a 500 N/m, cuando se mide en un dispositivo de tensión por tracción de Instron. Tras la finalización de la fijación, el intervalo de adhesión debe encontrarse entre 800 y 2000 N/m. A este respecto, se utilizan tiras del material laminado de 20 mm, estando acondicionadas las tiras a 20ºC y realizándose las medidas a una velocidad de 100 mm/min y a un ángulo de 180º (con el soporte).

Se logra un excelente resultado que puede utilizarse para fines de embalaje si la tensión por tracción antes del tratamiento en autoclave es menor de 500 N/m y después del tratamiento en autoclave es superior a 800 N/m.

Claims (11)

1. Método para la fijación de una capa barrera a una capa adyacente de material laminado en un material de embalaje, caracterizado porque la fijación se lleva a cabo parcialmente en una primera etapa logrando una adherencia, luego el material de embalaje se somete a un tratamiento mecánico, consistiendo el tratamiento mecánico en doblado o termoconformado, y la fijación se completa por medio de tratamiento térmico en una etapa posterior.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la adherencia se logra por medio de extrusión.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la adherencia se logra por medio de pegado.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la adherencia se logra por medio de termolaminación.

5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa barrera comprende un material seleccionado del grupo que incluye aluminio, un recubrimiento de óxido de silicio, un recubrimiento de óxido de aluminio, un copolímero de etileno/alcohol vinílico, alcohol polivinílico, poliéster metalizado orientado y polipropileno metalizado orientado.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque la capa barrera tiene 25 \mum de grosor o menos.

7. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de material laminado se aplica sobre una de las dos caras de la capa barrera.

8. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de material laminado se aplica sobre ambas caras de la capa barrera.

9. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de material laminado se selecciona del grupo que incluye un plástico adhesivo, un plástico termosellable, una capa de preparación y una laca.

10. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento térmico se consigue por medio de calor húmedo.

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque el tratamiento térmico se consigue por medio de tratamiento en autoclave.