ES2905449T3 - Película que comprende celulosa microfibrilada y productos fabricados a partir de la misma - Google Patents

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Abstract

Una película termosellable que es compostable de acuerdo con la norma ISO 18606, que comprende una película base que tiene un gramaje de 5-50 gsm y un grosor de 10-100 μm, que ha sido recubierta en al menos un lado con un recubrimiento en forma de barniz al agua, resina o una cera que mejora las propiedades de barrera contra gases y/o humedad, en donde la película base comprende un material de fibra y al menos el 60 % en peso de dicho material de fibra es celulosa microfibrilada con al menos una dimensión inferior a 100 nm, y el grosor del recubrimiento es de 0,05 a 20 μm, por lado de la película base.

Description

DESCRIPCIÓN
Película que comprende celulosa microfibrilada y productos fabricados a partir de la misma
Campo técnico
La presente invención se refiere a una película que comprende una película base que se ha recubierto en al menos un lado con un recubrimiento que mejora las propiedades de barrera contra gases y/o humedad, en donde la película base comprende un material de fibra y al menos el 60 % en peso de dicho material de fibra es celulosa microfibrilada, y el grosor del recubrimiento es de 0,05 a 20 pm. La invención también se refiere a productos que utilizan dicha película. Tales productos son, en particular, envases adecuados para objetos delicados que deben envasarse en una atmósfera controlada o modificada. La película también es útil para otros fines, tal como en la fabricación de globos.
Antecedentes
Los envases utilizados para objetos delicados tales como los alimentos, en los que es necesario mantener una determinada composición de la atmósfera dentro del envase, se denominan envases en atmósfera modificada (MAP, por sus siglas en inglés) o envases en atmósfera controlada (CAP, por sus siglas en inglés).
Las películas utilizadas en MAP y CAP suelen estar fabricadas con materiales plásticos no renovables.
Para fabricar una película renovable adecuada para su uso en MAP y/o CAP, es necesario abordar varios problemas técnicos. En primer lugar, la permeabilidad al gas y a la humedad del envase debe ser lo suficientemente baja para que la película sea adecuada para su uso en MAP y CAP. En segundo lugar, la película debe ser lo suficientemente delgada y flexible, termosellable y adherible, así como biodegradable. También es deseable que las propiedades de impresión sean similares a las del papel. Idealmente, la película también debería ser suficientemente resistente al calor.
Los globos se fabrican, en general, con materiales de caucho o plástico no renovables.
Para fabricar un globo a partir de un material renovable, es necesario abordar varios problemas técnicos. En particular, el material a partir del cual está fabricado el globo debe ser lo suficientemente resistente para soportar las fuerzas que surgen cuando se infla el globo y mantener la presión de inflado durante un tiempo suficientemente prolongado. Además, el material debe ser suficientemente ligero y biodegradable.
El documento GB2448984 describe una película polimérica multicapa que comprende una capa de homopolímero de ácido láctico (PLA), una capa de alcohol de polivinilo (PVA, PVOH), al menos una capa de adhesivo intermedia que comprende una mezcla de ácido poliláctico con alcohol de polivinilo y/o almidón. El PVA puede tener aplicada una capa de PLA o material celulósico. La película multicapa se puede utilizar como envase de productos frescos en atmósfera controlada.
El documento JP5237267 describe un globo de papel fabricado con papel de fibra de celulosa, que puede volar de forma continua en el aire y que puede descomponerse después de aterrizar en el suelo.
Existe la necesidad de un material renovable adecuado para su uso como película en un MAP y CAP.
Los globos fabricados con papel, en general, no mantendrán la presión de inflado durante un tiempo suficientemente prolongado debido a la alta permeabilidad al gas del material de papel.
Resumen de la invención
Sorprendentemente, se ha encontrado que al usar celulosa microfibrilada en la fabricación de una película base que se recubre, es posible lograr una película adecuada para ser utilizada en un MAP y/o CAP que supera uno o varios de los problemas descritos anteriormente. Además, se ha descubierto que la película también es adecuada para la fabricación de globos.
Por lo tanto, un objeto de la presente descripción es proporcionar una película mejorada adecuada para su uso en la fabricación de un MAP y/o CAP, así como en la fabricación de globos.
Una realización de la presente invención es una película termosellable que es compostable de acuerdo con la norma ISO 18606, que comprende una película base que tiene un gramaje de 5-50 gsm y un grosor de 10-100 pm, que ha sido recubierta en al menos un lado con un recubrimiento en forma de barniz al agua, resina o una cera que mejora las propiedades de barrera contra gases y/o humedad, en donde la película base comprende un material de fibra y al menos el 60 % en peso de dicho material de fibra es celulosa microfibrilada con al menos una dimensión inferior a 100 nm, y el grosor del recubrimiento es de 0,05 a 20 pm, por lado de la película base. La película base comprende un material de fibra y al menos el 60 % en peso de dicho material de fibra es celulosa microfibrilada. En una realización de la presente invención, el material de fibra restante tiene un valor promedio de longitud de fibra ponderada por longitud de 0,2-0,55 mm, más preferentemente, de 0,3-0,45 mm.
En una realización, más del 80 % del recubrimiento aplicado no ha penetrado más de 5 pm en la película base. En general, la película base es lo suficientemente no porosa o impermeable para garantizar que la penetración se encuentre dentro de este intervalo.
En una realización, dicha película no forma parte de un laminado.
En una realización, el recubrimiento se ha llevado a cabo con un barniz que es curable por UV (ultravioleta) o EB (haz de electrones).
En una realización, el recubrimiento se ha realizado con un barniz al agua. Entre los ejemplos de barnices a base de agua se incluye emulsiones coloidales tales como látex de estireno/butadieno, estireno/acrilato, polímeros solubles en agua o mezclas de macromoléculas y coloides. Los barnices también pueden contener aditivos como reticulantes o formadores de película. Los materiales de recubrimiento preferentes incluyen copolímeros de etileno, polímeros y copolímeros acrílicos, copolímeros de estireno y butadieno, polímeros de acetato de vinilo, alcohol de polivinilo, ácido poliláctico, acetato de polietileno de vinilo, cloruro de vinilo de polietileno, cloruro de polivinilideno y mezclas de los mencionados anteriormente.
En una realización, el recubrimiento se ha aplicado mediante impresión.
En una realización, se han recubiertos ambos lados de la película base.
Una realización de la presente invención es un envase en atmósfera modificada o envase en atmósfera controlada que comprende una película según la presente invención. En una realización de la presente invención, la película es adherible.
Una realización de la presente invención es un globo que comprende una película según la presente invención. El globo es adecuado para inflarse con helio, pero también puede inflarse ventajosamente con aire u otras mezclas de gases típicas utilizadas en MAP y/o CAP. En una realización de la presente invención, el peso de la película es suficientemente bajo para que el globo, cuando está lleno de helio, pueda vencer la gravedad durante al menos 24 horas. El volumen del globo, cuando está inflado, normalmente es de 5 a 50 litros. En una realización, el globo no está inflado, sino provisto, por ejemplo, de una vela en el interior del globo. En esa realización, el interior del globo puede estar recubierto con un recubrimiento no inflamable.
En una realización de la presente invención, la tasa de transmisión de oxígeno (OTR, por sus siglas en inglés) de la película es inferior a 100 cc/m2*día, preferentemente inferior a 10 cc/m2*día medida en condiciones estándar (50 % de HR, 23 °C), en un gramaje de 10-50 gsm. En una realización de la presente invención, la tasa de transmisión de oxígeno (OTR) de la película es inferior a 200 cc/m2*día medida a 70 % de HR, 37 °C, con un gramaje de 10-50 g/m2
La película base es una lámina delgada, una película moldeable o banda. Comprende una gran cantidad de celulosa microfibrilada y puede o no estar laminada para formar una estructura multicapa. En una realización preferente de la presente invención, la película es una película o bolsa independiente, es decir, no forma parte de un laminado. La película base puede ser transparente o translúcida. El valor de OTR (tasa de transmisión de oxígeno) (medido en condiciones estándar) de la película base es de < 200 cc/m2*día medido a 50 % de HR, 23 °C, preferentemente de < 50, más preferentemente de < 30 o < 25 y lo más preferente de < 5 con un gramaje de 10-50 gsm. El grosor de la película base se puede seleccionar en función de las propiedades requeridas. En una realización preferente, el grosor de la película base es de 10-100 pm, tal como 20-60 o 10-50 pm, con un gramaje de, por ejemplo, 5-50 g/m2, tal como 10-30 g/m2.
La película base está provista de un recubrimiento delgado en al menos un lado. El recubrimiento es preferentemente curable con curado por radiación UV (ultravioleta) o EB (haz de electrones) utilizando métodos conocidos en la técnica. La película base también puede tratarse mediante tratamiento corona y/o tratamiento con llama. El grosor del recubrimiento es de 0,05-20 pm, preferentemente de 0,1-10 pm o de 0,1-5 pm o de 0,1 -3 pm. El recubrimiento se realiza con un barniz, una resina o una cera. En una realización, el recubrimiento se realiza con un barniz al agua. El recubrimiento se puede aplicar mediante técnicas conocidas en la técnica, tal como recubrimiento de espuma, recubrimiento por pulverización, recubrimiento por cortina, etc.
En una realización, el recubrimiento es un barniz al agua que es curable por UV o curable por EB (haz de electrones).
La película base o película según la presente invención puede someterse a impresión antes o después del recubrimiento. Además, el recubrimiento se puede proporcionar mediante impresión. La película base tiene propiedades mecánicas de modo que es adecuada para su uso en un proceso de impresión de rollo a rollo, pero también puede someterse a un tratamiento de superficie fuera de línea con otras tecnologías tales como flexograbado, huecograbado, huecograbado inverso, serigrafía, impresión de inyección de tinta, impresión offset (litografía), pulverización, cortina, espuma u otras técnicas de impresión o tratamiento de superficies.
La película es compostable. En este contexto, la compostabilidad se define de acuerdo con la norma ISO 18606, es decir, los constituyentes de todo el material que están presentes en concentraciones inferiores al 1 % no necesitan demostrar biodegradabilidad. Sin embargo, la suma de tales constituyentes no deberá superar el 5 %. La biodegradabilidad se define de la siguiente manera: la biodegradabilidad aeróbica última se determinará para todo el material o para cada constituyente orgánico presente en el material en una concentración superior al 1 % (en masa seca). Los constituyentes presentes en niveles entre el 1 y el 10 % se someterán a ensayo individualmente.
Descripción detallada
La celulosa microfibrilada utilizada en la película según la presente invención puede prepararse utilizando métodos conocidos en la técnica.
En una realización de la presente invención, la película base se forma en una máquina de fabricación de papel o según un procedimiento de producción de tendido en húmedo, proporcionando una suspensión sobre un alambre y deshidratando la banda para formar un sustrato delgado intermedio o dicha película base. Se proporciona una suspensión que comprende celulosa microfibrilada para formar dicha película base.
El contenido de celulosa microfibrilada de la suspensión puede, según una realización, estar en el intervalo de 60 a 99,9 % en peso en base al peso de sólidos de la suspensión. En una realización, el contenido de celulosa microfibrilada de la suspensión puede estar en el intervalo de 70 a 99 % en peso, en el intervalo de 70 a 95 % en peso, o en el intervalo de 75 a 90 % en peso.
En el contexto de la solicitud de patente, se entenderá por celulosa microfibrilada (MFC, por sus siglas en inglés) una fibra o fibrilla de partículas de celulosa a nanoescala con al menos una dimensión inferior a 100 nm. La MFC comprende fibras de celulosa o lignocelulosa parcial o totalmente fibriladas. Las fibrillas liberadas tienen un diámetro inferior a 100 nm, mientras que el diámetro real de las fibrillas o la distribución del tamaño de partícula y/o la relación de aspecto (largo/ancho) depende de la fuente y los procedimientos de fabricación.
La fibrilla más pequeña se llama fibrilla elemental y tiene un diámetro de aproximadamente 2-4 nm (véase, por ejemplo, Chinga-Carrasco, G., Cellulose fibres, nanofibrils and microfibrils,: The morphological sequence of MFC components from a plant physiology and fibre technology point of view, Nanoscale research letters 2011, 6:417), mientras que es común que la forma agregada de las fibrillas elementales, también definidas como microfibrillas (Fengel, D., Ultrastructural behavior of cell wall polysaccharides, Tappi J., March 1970, Vol 53, No. 3.), sea el principal producto que se obtiene al fabricar MFC, por ejemplo, mediante el uso de un proceso de refinado extendido o un proceso de desintegración por caída de presión. Dependiendo de la fuente y el proceso de fabricación, la longitud de las fibrillas puede variar desde aproximadamente 1 a más de 10 micrómetros. Un grado de MFC grueso puede contener una fracción sustancial de fibras fibriladas, es decir, fibrillas que sobresalen de la traqueida (fibra de celulosa) y con una determinada cantidad de fibrillas liberadas de la traqueida (fibra de celulosa).
Existen diferentes acrónimos para la MFC tal como microfibrillas de celulosa, celulosa fibrilada, celulosa nanofibrilada, agregados de fibrillas, fibrillas de celulosa a nanoescala, nanofibras de celulosa, nanofibrillas de celulosa, microfibras de celulosa, fibrillas de celulosa, celulosa microfibrilar, agregados de microfibrillas y agregados de microfibrillas de celulosa. La MFC también se puede caracterizar por diversas propiedades físicas o físicoquímicas tales como una gran superficie específica o su capacidad para formar un material similar a un gel con pocos sólidos (1-5 % en peso) cuando se dispersa en agua. La fibra de celulosa se fibrila preferentemente hasta tal punto que el área de superficie específica final de la MFC formada es de aproximadamente de 1 a aproximadamente 300 m2/g, tal como de 1 a 200 m2/g, o más preferentemente 50-200 m2/g cuando se determina para un material liofilizado con el procedimiento BET.
Existen diversos procedimientos para producir MFC, tales como refinado de una o múliples pasadas, prehidrólisis seguida de refinado o desintegración de alto cizallamiento o liberación de fibrillas. Por lo general, se requiere uno o varios pasos de tratamiento previo para que la fabricación de MFC sea eficiente y sostenible desde el punto de vista energético. Las fibras de celulosa de la pulpa a suministrar pueden, de este modo, tratarse previamente enzimática o químicamente, por ejemplo, para reducir la cantidad de hemicelulosa o lignina. Las fibras de celulosa pueden modificarse químicamente antes de la fibrilación, en donde las moléculas de celulosa contienen grupos funcionales distintos (o además) de los que se encuentran en la celulosa original. Dichos grupos incluyen, entre otros, grupos carboximetilo (CM), aldehído y/o carboxilo (celulosa obtenida por oxidación mediada por N-oxilo, por ejemplo, "TEMPO"), o amonio cuaternario (celulosa catiónica). Después de modificarse u oxidarse en uno de los procedimientos anteriormente descritos, es más fácil desintegrar las fibras en MFC o en fibrillas de tamaño nanofibrilar.
La celulosa nanofibrilar puede contener algunas hemicelulosas; la cantidad depende de la fuente vegetal. La desintegración mecánica de las fibras tratadas previamente, por ejemplo, materia prima de celulosa hidrolizada, hinchada previamente u oxidada se lleva a cabo con un equipo adecuado tal como un refinador, triturador, homogeneizador, filtro de coloides, triturador de fricción, sonicador de ultrasonidos, fluidizador tal como microfluidizador, macrofluidizador u homogeneizador de tipo fluidizador. Dependiendo del procedimiento de fabricación de la MFC, el producto también puede contener finos o celulosa nanocristalina o, por ejemplo, otros productos químicos presentes en las fibras de madera o en el proceso de fabricación de papel. El producto también puede contener diversas cantidades de partículas de fibra de tamaño micrométrico que no se han fibrilado de manera eficiente. La MFC se produce a partir de fibras de celulosa de madera, tanto de madera dura como de madera blanda. También se puede fabricar a partir de fuentes microbianas, fibras agrícolas como pulpa de paja de trigo, bambú, bagazo u otras fuentes de fibra no maderera. Preferentemente, está fabricado a partir de pulpa que incluye pulpa de fibra virgen, por ejemplo, pulpas mecánicas, químicas y/o termomecánicas. También se puede fabricar con papel roto o reciclado.
La definición anteriormente descrita de MFC incluye, pero no se limita a, el nuevo estándar propuesto TAPPI W13021 sobre celulosa nanofibrilada (CMF, por sus siglas en inglés) que define un material de nanofibra de celulosa que contiene múltiples fibrillas elementales con regiones cristalinas y amorfas.
Según otra realización, la suspensión puede comprender una mezcla de diferentes tipos de fibras, tales como celulosa microfibrilada, así como una cantidad de otro tipo de fibras, tales como fibras de kraft, finos, fibras de refuerzo, fibras sintéticas, pulpa soluble, TMP o CTMP, PGW, etc.
La suspensión también puede comprender otros aditivos funcionales o de proceso, tales como rellenos, pigmentos, productos químicos de resistencia en húmedo, productos químicos de resistencia en seco, productos químicos de retención, reticulantes, suavizantes o plastificantes, imprimaciones de adhesión, agentes humectantes, biocidas, tintes ópticos, agentes blanqueadores fluorescentes, productos químicos antiespumantes, productos químicos hidrofugantes como AKD, ASA, ceras, resinas, etc. También se pueden añadir aditivos utilizando una prensa de encolado.
La máquina de fabricación de papel que se puede utilizar en el proceso según la presente invención puede ser cualquier tipo de máquina convencional conocida por el experto en la materia utilizada para la producción de papel, cartón, tejido o productos similares.
Después de colocar la banda húmeda sobre el alambre, se deshidrata para formar un sustrato delgado intermedio o una película.
La deshidratación en alambre puede, según una realización, realizarse utilizando técnicas conocidas con un sistema de alambre simple o doble, deshidratación sin fricción, deshidratación asistida por membrana, deshidratación asistida por vacío o ultrasonido, etc. Después de la sección del alambre, la banda húmeda se deshidrata y seca adicionalmente mediante prensado mecánico que incluye prensa de zapata, aire caliente, secado por radiación, secado por convección, etc. La película también puede secarse o alisarse mediante calandrias de contacto suave o duro (o diversas combinaciones), etc.
Según una realización, la banda húmeda se deshidrata por vacío, es decir, se succiona el agua y otros líquidos de la materia prima cuando se coloca sobre el alambre.
La película según la presente invención se puede calentar, por ejemplo, en un horno doméstico convencional. La película puede contener aditivos que mejoran la resistencia al calor. Además, la película puede contener aditivos tales como sales y/u óxidos metálicos para mejorar la resistencia al fuego o a las llamas de la película, lo que puede ser particularmente útil cuando la película se utiliza en la fabricación de un globo.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una película termosellable que es compostable de acuerdo con la norma ISO 18606, que comprende una película base que tiene un gramaje de 5-50 gsm y un grosor de 10-100 |jm, que ha sido recubierta en al menos un lado con un recubrimiento en forma de barniz al agua, resina o una cera que mejora las propiedades de barrera contra gases y/o humedad, en donde la película base comprende un material de fibra y al menos el 60 % en peso de dicho material de fibra es celulosa microfibrilada con al menos una dimensión inferior a 100 nm, y el grosor del recubrimiento es de 0,05 a 20 jm, por lado de la película base.
2. Una película según la reivindicación 1, en donde más del 80% del recubrimiento aplicado no ha penetrado más de 5 jm en la película base.
3. Una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde dicha película no forma parte de un laminado.
4. Una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el recubrimiento se ha realizado con un barniz que es curable por UV o EB.
5. Una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el recubrimiento se ha realizado con un barniz al agua.
6. Una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el recubrimiento se ha aplicado mediante impresión.
7. Una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde ambos lados de la película base se han recubierto.
8. Una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde el grosor del recubrimiento es de 0,05 a 10 jm, por lado de la película base.
9. Un envase en atmósfera modificada o envase en atmósfera controlada que comprende una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8.
10. Un globo que comprende una película según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8.
ES17788916T 2016-04-29 2017-04-26 Película que comprende celulosa microfibrilada y productos fabricados a partir de la misma Active ES2905449T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

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